半導体量子点における高速キャリア緩和の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12740171
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 奥野 剛史 筑波大学, 物理学系, 講師 (70272135)
• Keywords: 半導体量子点 / 量子サイズ効果 / キャリア緩和 / PbSe / CdTe / フォノン緩和 / 強い閉じ込め / 電子格子相互作用

Research Abstract

1、励起子ボーア半径が46nmと大きく、量子点にした場合強い閉じ込めを示すPbSeにおいて、バンド内遷移の緩和を測定した。量子井戸においてバンド内遷移を用いた赤外光レーザーの研究が注目を集めているが、量子ドットにおけるバンド内遷移の研究例は極めて少ない状況にある。バンド間を励起し、0.84eV・1.5μmのバンド内遷移をプローブして透過率変化の時間減衰を測定すると、36psの単一指数関数減衰でフィットでき、長寿命成分は観測されなかった。これは、PbSe量子ドットのバンド内遷移が、近赤外領域の光スイッチデバイスとして応用可能であることを示すものである。バンド間遷移プローブとバンド内遷移プローブとで時間減衰が異なる原因としては、電子と正孔が分離し、両者の緩和が異なっているという可能性がある。
2、強い閉じ込めを示すII-VI族半導体のひとつであるCdTe量子点は、電子格子相互作用の強い系である。そこで、フォノンを介したキャリア緩和の研究を行った。発光励起スペクトルを詳細に測定することにより、以下のことを明らかにした。
(1)最高19次もの多重フォノン構造を観測することができた。これはこれまでの報告の中で最高次のものである。
(2)フォノン構造が、母体(今の場合ZnTe)のエネルギーにおいても観測されることが明らかになった。母体からCdTe量子点まで高速にホットエキシトン緩和をすることがわかった。
(3)ぬれ層のエネルギー準位を特定することができた。
(4)高速の緩和に用いられるフォノンは、ぬれ層より上のエネルギーにてZnTeのLOフォン、下でZn_xCd_<1-x>TeのLOフォノンだとわかった。
(5)フォノンのエネルギーシフトから、CdTe量子点のまわりはZn_xCd_<1-x>Te(xは約0.8で、0.5から1の間に分布)で覆われていることが示唆された。

Research Products

• [Publications] T. Okuno, G.R. Hayes, B. Deveaud, A.A. Lipovskii, Y. Masumoto: "Intraband transition in PbSe quantum dots"Proceedings of the 8th International Workshop on Femtosecond Technology (FST2001). 82 (2001)
• [Publications] T. Okuno, M. Nomura, Y. Masumoto, Y. Terai, S. Kuroda, K. Takita: "Eighteenth order optical phonons in CdTe quantum dots in ZnTe"Proceedings of First International Workshop in Quantum Nonlinear Nanostructures and Nanoelectronics '01 (QNN'01). 103-104 (2001)