偏光制御量子ドット材料とサブバンド間遷移面型受光デバイスへの応用

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量子ドット材料では3次元的な量子閉じ込めによる線形・非線形応答の大幅な増強が期待され、一方、サブバンド間遷移現象では、単極キャリア動作による超高速性が期待される。しかし、本来等方性をもつはずの量子ドットは現実には扁平形状を持ち、これに起因する偏光依存性のためにサブバンド間遷移との融合のメリットは十分には期待できなかった。これに対し、本研究ではドットそのものの構造、歪み、界面などの諸特性を制御することを通じて量子ドットの偏光特性の制御にまで踏み込むことにより、光学的に等方性の高い量子ドットを実現し、量子ドットの新しい有用性を明らかにするものである。これまでの我々の研究によって、量子ドット形状が試料端面で観測される偏向特性に重大な影響を及ぼすこと、多層化したコラムナドット構造によって偏向無依存化が達成出来ることが明らかになった。また、昨年度量子ドットキャップ層の組成の制御によって偏向特性が制御出来ることを発見した。本年度はこれらの現象と機構をさらに詳細に検討した結果、ドットの形状によるキャリア閉じこめの制御、およびキャップ層組成変化による歪分布の制御によって、偏向特性の変化が生ずることが確認された。また一方、光吸収およびキャリア収集効率特性を反映するものとして励起フォトルミネッセンス特性を詳細に解析した結果、キャップ層組成の変化に伴う歪みのドット内分布が変化し、これを通じてキャリア状態の空間的分布が大きく変化することが明らかになった。この現象は、量子ドットの偏向特性を決定する大きな要因と考えられ、キャップ層組成による偏向特性の制御メカニズムが明らかにすることができた。これらの量子ドットのs-pサブバンド間遷移エネルギーは典型的な試料において70meVであるが、ドットの形状他のパラメータで制御出来ることは既に観測されている。これらの結果を総合すると、形状と歪みを制御した我々の量子ドットで、等方的偏向特性をもつ量子ドットがはじめて実現出来ることが明らかになり、赤外受光素子などサブバンド間遷移現象と組み合わせた面型素子への展開が可能となることが立証された。