半導体ナノワイヤを用いた単一光子光源の研究

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平成18年度は前年度の成果を基盤として、有機金属気相選択成長法により作製されたナノワイヤの光学特性評価を目的として、以下のような研究を行った。まず、InGaAs/GaAsナノワイヤに対し、顕微フォトルミネセンス(PL)法によりその発光特性の評価を行った。特に光学測定系の改善により、空間分解能約1μm程度でナノワイヤからの発光の空間像をを観察したところ、ナノワイヤ内部に局在するInGaAs層から実際に発光していることが明確に示された。また、同様の空間像から、直径約200nm、長さ2.6μm程度のナノワイヤにおいて、その両端から強い発光が得られていることが確認された。これはナノワイヤ内部で発生した光がナノワイヤに添って伝搬している、すなわちナノワイヤが光導波路として機能しているためであると考えられ、微小光素子や高効率の単一格子光源応用に向けての重要な知見を得た。次に、InPナノワイヤに対し、顕微PLおよびラマン散乱測定により評価を行った。その結果、 InPナノワイヤでは平均的に10^<17>cm^<-3>程度あるいはそれ以下の電子がバックグラウンドに存在していることが確認された。そしてこれらのナノワイヤのうち、発光効率が高く不純物密度が少ないと考えられる単一のナノワイヤを詳細に評価した結果、ウルツ鉱形構造を有するInPナノワイヤではそのバンドギャップエネルギーカミ約1.50eVであり、InPバルクより80meV程度広いことが明らかとなった。さらにInPナノワイヤに対して不純物ドーピングと伝導形の制御を試みた。シランをドーピングガスとしてナノワイヤ成長時に供給した場合、参照用のプレーナ基板と比べ密度が1桁程度少ないものの、期待通りシリコンがn形の不純物として取り込まれていることが明らかとなった。また、ジエチルジンクをドーピングガスとして用いた場合には、ラマン散乱の測定結果より、亜鉛がナノワイヤ中に取り込まれ、p形不純物として働いていることが確認された。