Si-Ge系量子ドットの単一光子発生に向けた発光メカニズムの解明

阐明 Si-Ge 量子点中单光子产生的发射机制

• 批准号: 20J23544
• 负责人: 藤森 俊太郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23544/
• 关键词: Si量子ドット; 単一光子; 発光デバイス

本研究の目的は、高密度集積構造からの発光に実績のあるGeコアSi量子ドットにおいて、単一光子源への応用可能性を示すために、形成過程を精密制御した単一量子ドットを形成し、それらの発光特性を定量するとともに、単一光子発生の観測をすることである。本年度は、単一のGeコアSi量子ドットからの発光の測定を目的として、前年度に引き続き発光効率の向上に取り組むとともにGeコアSi量子ドットの低密度形成と超伝導ナノワイヤ単一光子検出器を用いた測定系の設計を行った。単一光子発生を測定するためには測定における損失を最小限に抑える必要があり、測定系の検討に注力した。まず、試料と光ファイバのカップリングには基板上に光ファイバを直接接触させる方法を採用した。この方法で単一のGeコアSi量子ドットを測定するためには量子ドットの面密度を制御する必要があるが、GeコアSi量子ドットは基板上に非常に高い面密度で形成される。そこでGeコアSi量子ドットの作製において初期反応核の面密度を減らすために、より減圧条件で化学気相堆積を行うことにより比較的低密度で形成し、格子点パターンを残してエッチングする作製法を試みた。その結果、低密度形成が可能であることと、GeコアSi量子ドットがエッチングできることを明らかにし、目的とする面密度で形成が可能であることが示唆された。同時に測定系の構築に必要な光学系の調査及び選定を進め、光学素子間の損失を抑えるために光ファイバによるカップリングを主とした測定系の設計を行った。本研究は、単一GeコアSi量子ドットの形成を精密制御し、それらの発光特性を定量することを目的として、発光効率の改善と測定の可能性を示した。今後は、設計した測定系により単一GeコアSi量子ドットの測定を行うことで測定法の確立と単一光子発生の観測が期待できる。

は の purpose this study, high density set product structure か ら の 発 light に be performance の あ る Ge コ ア Si quantum ド ッ ト に お い て, a photon source 単 へ の 応 を with possibility in す た め に, forming process を precision suppression し た 単 a quantum ド ッ ト を し, そ れ ら の 発 light feature を quantitative す る と と も に, a photon 発 単 の 観 measuring を す る こ と で あ る. は this year, a の 単 Ge コ ア Si quantum ド ッ ト か ら の 発 light の determination を purpose と し て, before the annual に き 続 き 発 light working rate の に take up り group む と と も に Ge コ ア Si quantum ド ッ ト の low density forming と super 伝 guide ナ ノ ワ イ ヤ 単 a photon 検 extractor を with い た determination is の line design を っ た. 単 determination of a photon 発 を raw す る た め に は determination に お け を る loss minimum に え suppression る necessary が あ り, determination of の に 検 please note force し た. ま ず, try と light フ ァ イ バ の カ ッ プ リ ン グ に は substrate に light フ ァ イ バ を direct contact さ せ を る method using し た. こ の way で 単 a の Ge コ ア Si quantum ド ッ ト を determination す る た め に は quantum ド ッ ト の surface density を suppression す る necessary が あ る が, Ge コ ア Si quantum ド ッ ト は substrate に に い very high surface density で form さ れ る. そ こ で Ge コ ア Si quantum ド ッ ト の cropping に お い て early against 応 nuclear surface density の を minus ら す た め に, よ り 圧 conditions で chemical reduction 気 phase stacking line を う こ と に よ り comparison of low density で し, lattice point パ タ ー ン を residual し て エ ッ チ ン グ す る method for を try み た. そ の results, low density may form が で あ る こ と と, Ge コ ア Si quantum ド ッ ト が エ ッ チ ン グ で き る こ と を Ming ら か に し, purpose と す る surface density で may form が で あ る こ と が in stopping さ れ た. Meanwhile に determination is の build に な to the survey conducted by the department of light の selected を into め, optical element and び の loss between を え suppression る た め に light フ ァ イ バ に よ る カ ッ プ リ ン グ を main と し た determination is の line design を っ た. は this study, a Ge 単 コ ア Si quantum ド ッ ト の form を precision royal し, そ れ ら の 発 light feature を quantitative す る こ と を purpose と し て, の improve と 発 light working rate determination を の possibility in し た. Future は, design し た measurement system に よ り 単 a Ge コ ア Si quantum ド ッ ト の measurement line を う こ と で measurement の establish と 単 a photon 発 の raw 観 measuring が expect で き る.