顕微分光による単一量子ドット中の電子状態

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近年の半導体結晶成長技術の進展に伴い、量子ドットなどナノメートルサイズで構造を制御した資料が作成されており、半導体レーザーや受光素子などの新しい光デバイスへの応用が期待されている。本研究では、レーザーを使用することによって得られる利点を活用し、さらに半導体量子ドット中の励起子状態をより調べることが可能な分光方法を使用した。半導体量子ドット中に働く非常に小さな摂動や相互作用を調べ、解析を行うにあたって、以下の方法を試みた:顕微分光による量子ドット発光スペクトルの温度依存性でCdTeやGaAsなどの低密度量子ドットのサンプルを用いて単一量子ドットの発光を観測し、その温度変化より電子とフォノンの相互作用の解析を行った。他物質の中に成長させた量子ドットと違い、似ている物質の上に成長させた自己形成量子ドットは電子の閉じ込め方が違うことがわかった。温度変化を調べることにより、スペクトル領域では励起視線の広がりが生じる。この広がりに成分が二つあることがわかり、同時に緩和仮定に二つの成分があることがわかった。磁場依存性の実験では顕微分光より数万個の量子ドット群の中から単一の量子ドットを測定し、励起光の強度を上げることで単一のドット内のより高いエネルギー順位を観測する。その上で磁場をかけると、磁場特有の効果が全ての順位で見られる。この研究は手法の新しさと共に、非常に良質な試料で行うために今後の期待が高い。これより発光スペクトルに変化が生じ、ゼーマン分裂など磁場特有の効果が見られる。II-VI族半導体量子ドットと比べると、III-V族半導体量子ドットは違う効果が見られる。