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2012 年度 実績報告書

液滴エピタキシーによる高対称量子ドットを用いた電子相関と光子対発生の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23340090
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

迫田 和彰  独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料ユニット, ユニット長 (90250513)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード液滴エピタキシー / 量子ドット / 電子相関 / 光子対 / 励起子複合体 / 有限要素法 / 配置間相互作用 / 微細構造分裂
研究概要

(1) 世界最高面密度の量子ドットの自己形成:これまでのGaAs(100)基板に代えて,原子拡散が抑制される(311)A基板を用い,さらに,Ga液滴の形成温度を従来の200度から30度に下げることにより,1平方センチメートル当たり7000億個のGa液滴の形成に成功した。同じ基板温度でAs分子線を照射してGaAs量子ドットの結晶成長を行い,AlGaAsキャップ層作製後に800度で急速熱処理を行うことで,上記の超高面密度を保持しながら結晶成長時の欠陥を修復して,GaAs量子ドットの高品質化も達成した。
(2) 励起子分子からのカスケード発光によるもつれ合い光子対発生:昨年度までに作製した微細構造分裂の小さい高対称性GaAs量子ドットを用いて,励起子分子からのカスケード発光による,偏光状態が量子もつれした光子対発生の検証実験を開始した。
(3) 多体系の束縛エネルギーのドット形状・ドットサイズ依存性の理論解析:有限要素法による1電子状態の波動関数の算出と配置間相互作用の方法を組合せた,励起子準位,および,励起子複合体の解析を進めた。昨年度までに行ったCdTe量子テトラポッドの励起子準位の解析をCdS, CdSe, ZnTe, ZnSeテトラポッドにも適用し,吸収スペクトルの実験観測値とよく一致する計算結果を得ることができた。これと並行して,量子ドットのトリオンおよび励起子分子についてスピン多重項毎の配置換相互作用の行列要素を算出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

年度当初の研究計画がすべて実施できたことに加えて,1平方センチメートル当たり7000億個という,世界最高面密度のGaAs量子ドットの高品位自己成長にも成功したことから,量子ドットレーザーや量子ドット型太陽電池などの高性能化への寄与も期待できる。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進展しており,当初計画の変更の必要は無い。今後は,もつれ合い光子対発生の実験検証と,多体系の束縛エネルギーのドット形状・ドットサイズ依存性の理論解析を達成する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Magnetic field induced valence band mixing in [111] grown semiconductor quantum dots2013

    • 著者名/発表者名
      M. V. Durnev
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 87 ページ: 085315/1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.085315

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extremely high-density GaAs quantum dots grown by droplet epitaxy2012

    • 著者名/発表者名
      M. Jo, T. Mano, Y. Sakuma, K. Sakoda
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: Vol. 100 ページ: 212113/1-3

    • DOI

      10.1063/1.4721663

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometrical impact on the optical polarization of droplet epitaxial quantum dots2012

    • 著者名/発表者名
      Yu-Huai Liao
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 86 ページ: 115323/1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.86.115323

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bunched photon statistics of the spectrally diffusive photoluminescence of single self-assembled GaAs quantum dots2012

    • 著者名/発表者名
      Marco Abbarchi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 86 ページ: 115330/1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.86.115330

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extension of absorption wavelength in GaAs/AlGaAs quantum dots with underlying quantum well for solar cell application2012

    • 著者名/発表者名
      Martin Elborg
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 51 ページ: 10ND14/1-3

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.10ND14

    • 査読あり
  • [学会発表] Droplet epitaxy in lattice-mismatched systems2012

    • 著者名/発表者名
      定昌史
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Crystal Growth
    • 発表場所
      Doubletree by Hilton Orlando(アメリカ)
    • 年月日
      20121211-20121214
  • [学会発表] Size-dependent contact angle of Ga droplets on GaAs2012

    • 著者名/発表者名
      定昌史
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
    • 発表場所
      奈良新公会堂(奈良県)
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] Preferential formation of Ga droplets on side facets of GaAs quantum dot template2012

    • 著者名/発表者名
      Martin Elborg
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
    • 発表場所
      奈良新公会堂(奈良県)
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] Droplet epitaxy of nanostructures and their applications2012

    • 著者名/発表者名
      間野高明
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
    • 発表場所
      奈良新公会堂(奈良県)
    • 年月日
      20120923-20120928
    • 招待講演
  • [学会発表] 液滴エピタキシー法により作製したGaAs量子ドット形状の液滴サイズ依存性2012

    • 著者名/発表者名
      間野高明
    • 学会等名
      第73回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] 高密度GaAs量子ドットにおける面内キャリア移動の観測2012

    • 著者名/発表者名
      定昌史
    • 学会等名
      第73回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] Vertical coupling of GaAs/AlGaAs Quantum Dots Grown by Droplet Epitaxy2012

    • 著者名/発表者名
      Martin Elborg
    • 学会等名
      第73回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] Optical Polarization Anisotropy of Geometry-Controlled Droplet-Epitaxial Quantum Dots2012

    • 著者名/発表者名
      黒田隆
    • 学会等名
      ICSNN 2012
    • 発表場所
      International Congress Center Dresden(ドイツ)
    • 年月日
      20120722-20120727
  • [学会発表] 液滴エピタキシーを用いた超高密度量子ドットの作製2012

    • 著者名/発表者名
      定昌史
    • 学会等名
      第31回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺(静岡県)
    • 年月日
      20120711-20120713
  • [備考] 先端フォトニクス材料ユニット

    • URL

      http://www.nims.go.jp/units/apm/

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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