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2009 年度 実績報告書

積層超高密度量子ドットにおける励起子発光増強機構の解明

公募研究

研究領域半導体における動的相関電子系の光科学
研究課題/領域番号 21104515
研究機関神戸大学

研究代表者

小島 磨  神戸大学, 工学研究科, 助教 (00415845)

キーワード量子ドット / 多層積層 / 超格子 / 太陽電池
研究概要

本申請研究では、超高効率太陽電池への応用が期待される多層積層量子ドットを対象とし、バンドギャップエネルギーの2倍程度のエネルギーである可視光で励起した場合の光励起キャリアと励起子のダイナミクスを測定することで、共鳴的な発光増強の起源を明らかにすることを目的としている。
一般的な半導体量子ドット材料であるInAsは、バンドギャップエネルギーが1.3μm近傍の波長帯に存在する。平成21年度は、まず可視光で励起した場合の発光増強が生じる波長帯を明らかにするために、広帯域なスペクトル幅を有する光源からの光を分光器により分解し、試料に照射した。試料には、歪み補償して30層積層したInAs量子ドットを用いた。この試料の励起子特性という観点において重要な点は、スペーサー層が薄くなると成長方向の相互作用のため、振動子強度が低下し、励起子寿命が長くなることである。
発光スペクトルを様々な励起光エネルギーで測定した結果、およそ0.6μm近傍に幅広いピークを有する光吸収帯が存在することが明らかになった。このエネルギーは、量子ドットにおける高次の励起子準位によるものであると考えられる。また、励起子基礎エネルギーの異なる試料で同様の測定を行った結果、このピークエネルギーが変化したことは、我々の考察を裏付けていると考えられる。
また、この温度依存性を測定した結果、励起子寿命が短い試料では、バンド内緩和プロセスが変化しないが、長い試料では変化が生じた。これは、面内でのキャリア移動過程が影響している。さらに、この準位を共鳴励起した場合に、発光減衰時間が大きく変化した。この結果は、この準位が励起子と密接に関係していることを示唆している。これらの結果は、光吸収エネルギーが低いInAs量子ドットにおいて、高次の励起子準位を利用することで高い変換効率を有する太陽電池が実現できる可能性を示唆していると考えている。

  • 研究成果

    (47件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (41件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Temperature dependence of photoluminescence characteristics of excitons in stacked quantum dots and quantum dot chains2010

    • 著者名/発表者名
      O.Kojima
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics (未定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transient reflectivity response with negative time delay caused by femtosecond pulse propagation in GaAs thin films2009

    • 著者名/発表者名
      S.Watanabe
    • 雑誌名

      physica status solidi C 6・S1

      ページ: S139-S142

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exciton response controlled by introducing a spacer layer in nitrided InAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      M.Mamizuka
    • 雑誌名

      physica status solidi C 6・S1

      ページ: S146-S149

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical Kerr response to multi pump pulses on GaAs weakly confined exciton2009

    • 著者名/発表者名
      A.Kanno
    • 雑誌名

      physica status solidi C 6・6

      ページ: 1509-1512

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vertical-geometry all-optical switches based on InAs/GaAs quantum dots in a cavity2009

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 95・2

      ページ: 021109-1-3

    • 査読あり
  • [学会発表] 多層積層量子ドットの発光特性とその制御2010

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      徳島大学大学院第4回フロンティア研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2010-03-30
  • [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における励起子非線形光学応答の増強2010

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-03-21
  • [学会発表] 窒素をデルタドープしたGaAsにおける発光スペクトルの反磁性シフト2010

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-03-21
  • [学会発表] GaAs/AlAa超格子における励起子非線形応答の励起光強度依存性2010

    • 著者名/発表者名
      山下太香恵
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-03-21
  • [学会発表] シアニン色素添加ポリマー薄膜におけるエネルギー移動特性の制御2010

    • 著者名/発表者名
      濱野将吾
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 積層量子ドットにおける光励起キャリアの緩和ダイナミクス2010

    • 著者名/発表者名
      狸塚正貴
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] GaAsN量子井戸からInAs量子ドットへのキャリアトンネリング特性2010

    • 著者名/発表者名
      大田翔平
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 窒素をデルタドープしたGaAsにおける電子状態の磁場依存性2010

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 中間バンド型量子ドット太陽電池のエネルギー変換効率に及ぼすバンド構造2010

    • 著者名/発表者名
      胡衛国
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 垂直共振器型量子ドット全光スイッチにおける2段階飽和2010

    • 著者名/発表者名
      金潮淵
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] 積層量子ドットにおけるキャリア緩和ダイナミクス2010

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      第3回半導体における動的相関電子系の光科学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2010-01-06
  • [学会発表] シアニン色素添加ポリマー薄膜におけるエネルギー移動特性に対するスペクトル重なりの効果2009

    • 著者名/発表者名
      濱野将吾
    • 学会等名
      第20回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2009-12-12
  • [学会発表] GaAs薄膜における閉じ込め励起子の双極子モーメント2009

    • 著者名/発表者名
      山下太香恵
    • 学会等名
      第20回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2009-12-12
  • [学会発表] GaAs中の窒素等電子束縛励起子における励起子ダイナミクス2009

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘
    • 学会等名
      第20回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2009-12-12
  • [学会発表] 歪み補償積層InAs量子ドットにおける面内励起子移動のバンド内緩和過程への効果2009

    • 著者名/発表者名
      狸塚正貴
    • 学会等名
      第20回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2009-12-12
  • [学会発表] Effects of in-plain exciton transfer on intraband relaxation process in stacked InAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      M.Mamizuka
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Direct impurity doping into self-assembled InAs/GaAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      K.Sasayama
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Effective Dipole moments of excitons in GaAs thin films2009

    • 著者名/発表者名
      T.Yamashita
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Optical nonlinearity of InAs quantum dots within a vertical cavity structure for all-optical switching devices2009

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Temperature dependent carrier tunneling in self-assembled InGaAs quantum dots with a dilute nitride quantum-well injector2009

    • 著者名/発表者名
      S.Ohta
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonica 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Energy band structure for intermediate band solar cells2009

    • 著者名/発表者名
      W.Hu
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics 2009
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Thermal effects on exciton dynamics in quantum dot chains2009

    • 著者名/発表者名
      O.Kojima
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Nanophotonics and Nanoelectronics
    • 発表場所
      東京大学駒場リサーチキャンパス
    • 年月日
      2009-11-18
  • [学会発表] GaAg薄膜の励起子非線形光学応答制御における第一パルス光強度依存性2009

    • 著者名/発表者名
      山下太香恵
    • 学会等名
      日本物理学会2009年秋季大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2009-09-27
  • [学会発表] GaAs中の窒素等電子束縛励起子微細構造におけるポピュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘
    • 学会等名
      日本物理学会2009年秋季大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2009-09-27
  • [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における励起子非線形光学応答の増強2009

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      日本物理学会2009年秋季大会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2009-09-26
  • [学会発表] 量子ドット埋め込面型共振器光スイッチにおけるサブバンド間緩和の効果2009

    • 著者名/発表者名
      金潮淵
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-11
  • [学会発表] InAs/GaAs量子ドットの積層構造による端面発光の偏波制御2009

    • 著者名/発表者名
      井上知也
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] シアニン色素薄膜におけるフェルスター型エネルギー移動による励起子緩和特性の制御2009

    • 著者名/発表者名
      濱野将吾
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-09
  • [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における励起子非線形光学特性の制御2009

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-09
  • [学会発表] SiダイレクトドーピングしたInAs量子ドットにおけるキャリア補償効果2009

    • 著者名/発表者名
      笹山憲吾
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-09
  • [学会発表] 窒素をデルタドープしたGaAsにおける束縛励起子分子発光2009

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] 量子ドット埋め込み面型非対称共振器を用いた超高速全光スイッチ2009

    • 著者名/発表者名
      金潮淵
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] Enhancement of optical nonlinearity by spatially expanded excitons in GaAs/AlAs multiple quantum wells2009

    • 著者名/発表者名
      O.Kojima
    • 学会等名
      16th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronica and Nanostructures
    • 発表場所
      Le Corum de Montpellier, France
    • 年月日
      2009-08-28
  • [学会発表] 積層超高密度量子ドットにおける励起子発光増強2009

    • 著者名/発表者名
      小島磨
    • 学会等名
      第2回半導体における動的相関電子系の光科学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2009-08-20
  • [学会発表] Polarization controlled emission from stacked InAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      T.Inoue
    • 学会等名
      14th International Conferenceon Modulated Semiconductor structures
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2009-07-21
  • [学会発表] All-optical switching using InAs/GaAs quantum dots within a vertical cavity structure2009

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin
    • 学会等名
      14th International Conferenceon Modulated Semiconductor structures
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2009-07-21
  • [学会発表] Spatial coherence effect on transient response of confined excitons in GaAs thin films2009

    • 著者名/発表者名
      O.Kojima
    • 学会等名
      14th International Conferenceon Modulated Semiconductor structures
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2009-07-21
  • [学会発表] Resonant enhancement of excitonic photoluminescence via biexciton process in stacked InAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      M.Mamizuka
    • 学会等名
      14th International Conference on Modulated Semconductor structures
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2009-07-20
  • [学会発表] Magnetic-field control of exciton fine structure splitting in nitrogen δ-doped GaAs2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Harada
    • 学会等名
      14th International Conferenceon Modulated Semiconductor structures
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2009-07-20
  • [学会発表] Multiband optical absorption in stacked InAs quantum dots2009

    • 著者名/発表者名
      M.Mamizuka
    • 学会等名
      第28回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2009-07-10
  • [学会発表] Magnetic-field control of the exciton fine polarization splitting of nitrogen pair centers in GaAs2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Harada
    • 学会等名
      第28回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2009-07-08
  • [図書] High-Power and Femtosecond Lasers : Properties, Materials and Applications (Short Communication : Dynamics of Excitons Confined in Semiconductor Thin Films)2009

    • 著者名/発表者名
      Osamu Kojima
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Nova Science Publishers, Inc.

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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