ナノ構造中に閉じ込められたスピン配列の光学的制御

本年度においては昨年度の成果をさらに発展させ、希薄磁性半導体量子構造におけるスピン配列の制御の研究を中心に行ってきた。研究対象を昨年までの量子井戸から量子ドット中心の研究へと移行させ、昨年度の量子井戸におけるスピン注入と量子ドットにおける定常スピン状態の議論から、量子ドットにおけるスピン注入現象へと研究を進めてきた。測定には昨年度構築した磁場中時間分解顕微分光測定系と磁場中超高速時間分解ポンプ・プローブ光学系を用い、試料は分子線エピタキシーおよび電子線リソグラフィーとウエットエッチング法によって作製したII-IV族化合物半導体量子構造を用いた。作製した量子ドットについて超高速時間分解分光を行い、その結果を二重量子井戸における結果と比較した。その結果、二重量子ドットにおいてより多くのスピン偏極キャリアが磁性層から非磁性層へと注入されていることが明らかになった。さらに、磁場5Tでの発光強度の時間変化から、円偏光度の時間分解測定において300ps付近から円偏光度が現れ始め、時間とともに円偏光度が増大していく結果が得られた。この結果を、レート方程式による計算と比較した結果、電子と正孔のトンネル時間が異なり、電子よりも正孔のトンネル時間が長いとすると円偏光度の遅い立ち上がりが説明できることが明らかになった。詳細な解析の結果、二重量子井戸、二重量子ドットにおけるスピン注入過程では、電子が先にトンネルし、後から正孔がトンネルし、非磁性層において励起子として再結合し発光しているとした昨年度の結果をさらに裏付けるものとなった。

本年度においては昨年度の成果をさらに発展させ、希薄磁性半導体量子構造におけるスピン配列の制御の研究を中心に行ってきた。研究対象を昨年までの量子井戸から量子ドット中心の研究へと移行させ、昨年度の量子井戸におけるスピン注入と量子ドットにおける定常スピン状態の議論から、量子ドットにおけるスピン注入現象へと研究を進めてきた。測定には昨年度構築した磁場中時間分解顕微分光測定系と磁場中超高速時間分解ポンプ・プローブ光学系を用い、試料は分子線エピタキシーおよび電子線リソグラフィーとウエットエッチング法によって作製したII-IV族化合物半導体量子構造を用いた。作製した量子ドットについて超高速時間分解分光を行い、その結果を二重量子井戸における結果と比較した。その結果、二重量子ドットにおいてより多くのスピン偏極キャリアが磁性層から非磁性層へと注入されていることが明らかになった。さらに、磁場5Tでの発光強度の時間変化から、円偏光度の時間分解測定において300ps付近から円偏光度が現れ始め、時間とともに円偏光度が増大していく結果が得られた。この結果を、レート方程式による計算と比較した結果、電子と正孔のトンネル時間が異なり、電子よりも正孔のトンネル時間が長いとすると円偏光度の遅い立ち上がりが説明できることが明らかになった。詳細な解析の結果、二重量子井戸、二重量子ドットにおけるスピン注入過程では、電子が先にトンネルし、後から正孔がトンネルし、非磁性層において励起子として再結合し発光しているとした昨年度の結果をさらに裏付けるものとなった。