低温近接場分光法による単一半導体微粒子の光学的物性の研究

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近年、低次元半導体の研究が盛んに行われている。しかし、特に半導体微粒子は、光のスポット径内に存在する微粒子の個数が一般的に多く、それらすべての情報が重畳してしまった信号しか得られず、こうした低次元物質を研究する上で常に問題となっている。そのような中で、近接場分光法は、これまで粒径分布によって観測不可能であった個々の微粒子の物性を直接調べることが可能な方法であると考え、研究を進めている。我々が注目しているZnOは、紫外領域にバンドギャップを持つ半導体で、1997年にレーザー励起下でのレーザー発振が観測された。この物質は、底辺が100nm程度のピラミッド状の形状になることがあり、レーザー発振との関連が指摘されている。この試料をフェムト秒パルスレーザーにより高密度のキャリアを生成し、そのダイナミクスをポンプ・ブローブ分光法やアップコンバージョン法により研究した。そして、レーザ発振に起因した光学利得の観測やホットキャリア状態の発光、band-gap renormalization 等を観測した。また、CdSeの自己組織化した微粒子について、顕微分光法により観測した発光スペクトルより、単一の微粒子からの発光を観測することができた。我々が構築した近接場分光システムを用いて金微粒子や縞状金蒸着膜のAFM像とNSOM像を測定した。これらの試料を測定することにより、本装置がほぼ設計通りの性能を示すことを確認した。励起レーザーとして、cw Arイオンレーザー、He-Cdレーザー等が使用できるようになった。また、本装置は、容易に低温にしたり、その温度を制御できるように構築し、良好に動作することが確認された。