機能性元素をドープした半導体ナノ微粒子の作製と単一微粒子分光による量子光物性

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340093
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 金光 義彦 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (30185954)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 英幸 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (30343271)
• Keywords: 半導体ナノ微粒子 / 逆ミセル法 / ゾルゲル法 / 顕微分光 / 不純物発光 / 遷移金属イオン / 希土類イオン

Research Abstract

本研究では、半導体ナノ微粒子へ光機能性元素をドープしたドープ型ナノ微粒子の作製とそれらの物性を評価できる顕微分光システムの開発を行い、単一のナノ微粒子の光学特性の研究を行った。機能性元素ドープ型ナノ微粒子の作製においては、主に逆ミセル法によりII-VI族半導体ナノ微粒子に遷移金属イオンや希土類イオンをドープした試料を作製した。逆ミセル法で作製した試料では、吸収スペクトルに量子化された電子準位が現れるが発光効率は非常に低く、表面の欠陥に起因したブロードな発光スペクトルのみが観測された。発光効率および母体ナノ微粒子からドープした機能性元素へのエネルギー移動効率は、表面を半導体ナノ層で覆うことにより大きく向上することが確認された。すなわち、ドープ型ナノ微粒子のバンド端発光や不純物発光の研究には、表面効果を抑制できるコア/シェル型構造が有用であることがわかった。さらにゾルゲル法により、これら良質なドープ型II-VI族半導体ナノ微粒子をガラス薄膜に分散させる方法も確立することができた。高い空間分解能を有する顕微レーザー分光システムの開発に関しては、カンチレバーによる散乱を利用した散乱型分光顕微鏡の開発を進め、散乱配置でシリコン基板上の半導体や金属のナノ微粒子の観測に成功した。散乱信号発生のメカニズムは、数値計算結果との比較を行い検討中である。また、2次元空間での発光イメージ測定のためのシステムを構築した。単一ナノ粒子発光測定では、浅い不純物と深い不純物では発光特性が大きく異なることを実験的に観測し、ドープ型半導体ナノ粒子の電子状態を明らかにした。