時間分解X線回折法による半導体量子ドットにおける励起子緩和ダイナミクスの研究

利用时间分辨X射线衍射法研究半导体量子点中的激子弛豫动力学

• 批准号: 07J07374
• 负责人: 林 雄二郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J07374/
• 关键词: 半導体量子ドット; 時間分解X線回折法; 無冷媒型低振動クライオスタット; 自己形成InAs量子ドット; 視斜角入射X線回折; 高輝度放射光(SPring-8)

本研究では、申請者らが新たに開発した時間分解X線回折法を用いて、半導体量子ドットの格子歪をピコ秒分解能で直接観測し、量子ドットにおける電子のエネルギー緩和機構を解明することを目的としている。初年度は、X線回折測定におけるバックグランドとなるフォノンを極力低減し、時間分解測定に必要な長時間測定を実現するための(a)無冷媒型低振動クライオスタットの開発と、(b)高輝度放射光を用いた視斜角入射X線回折法による半導体量子ドット中の歪評価を行った。(a)について、Heガスクローズドサイクル型冷凍機を用いてその駆動部の振動が試料ホルダに伝わるのを抑えるために、真空部において最低温度(4K)到達部から試料ホルダ部を銀線で接続し、試料ホルダは光学定盤に、冷凍機本体は光学定盤とは別に設けた専用架台にそれぞれ固定した。また、真空シュラウド部にベローズを用いた。試料ホルダの最低到達温度は12Kで、試料ホルダ付近に設けた光学窓から、対物レンズを使って冷凍機運転時の試料を観察した結果、試料の振動振幅は観察限界の0.2ミクロン以下であった。実際にこのクライオスタットを用いて、共焦点型顕微分光法によりInAs量子ドット試料の分光測定を行った結果、長時間測定で安定して単一量子ドット分光が可能であった。(b)について、GaAs基板の上に成長した直径約30nm高さ約5nmのInAs量子ドットにおける格子歪を評価するために、高輝度放射光を提供するSPring-8 BL19LXUにおいて視斜角入射X線回折実験を行った。その結果、InAs量子ドットからのX線回折強度はGaAs基板のピーク強度に比べて4桁低いが、非時間分解測定では十分評価できる程度の回折強度が得られ、量子ドット中の格子定数分布はバルクのGaAsからInAsの格子定数まで広く分布していることが分かった。

This study is aimed at clarifying the application of the time resolution X-ray backfolding method, the direct measurement of the lattice distortion of semiconductor quantum devices, and the electron generation mitigation mechanism. In the early years, X-ray reflection measurement was carried out with minimum reduction and time resolution measurement was carried out for a long time.(a) Development of freon-free low-vibration X-ray reflection method;(b) Distortion evaluation in semiconductor quantum technology. (a)In the refrigerator, the vibration of the moving part, the sample temperature, the vacuum part, the lowest temperature (4K), the arrival part, the sample temperature, the silver wire connection, the sample temperature, the optical fixing plate, the refrigerator main body, the optical fixing plate, and the use of the stand are all fixed. The vacuum pump is used in the vacuum pump. The lowest temperature reached by the sample was 12K. The optical temperature of the sample was set close to the temperature. The sample was observed when the refrigerator was operated. The vibration amplitude of the sample was observed below the limit of 0.2 K. In practice, the method of confocal differential spectrophotometry is used to determine the spectroscopic results of InAs quantum samples. It is possible to determine the stability of InAs quantum samples for a long time. (b)InAs quantum dots grown on GaAs substrates with a diameter of about 30nm and a height of about 5nm are evaluated for lattice distortion and provide high luminance radiation. SPring-8BL19LXU is used for oblique angle incident X-ray reflection. As a result, the X-ray reflection intensity of InAs quantum dots is lower than that of GaAs substrate, and the reflection intensity of InAs quantum dots is lower than that of GaAs substrate without time decomposition measurement.

项目成果

Superconductor-based Light Emitting Diode: Demonstration of Role of Cooper Pairs in Radiative Recombination Processes

• DOI: 10.1143/apex.1.011701
• 发表时间: 2008-01
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Y. Hayashi;Kazunori Tanaka;T. Akazaki;M. Jo;H. Kumano;I. Suemune

Nb/n-InGaAs/Nbジョセフソン接合をもったJFET-LEDの特性

Nb/n-InGaAs/Nb 约瑟夫森结 JFET-LED 的特性

• 发表时间: 2007
• 作者: 林 雄二郎;田中 和典;赤崎 達志;定 昌史;熊野 英和;末宗 幾夫
• 通讯作者: 末宗 幾夫

Nb/n-InGaAs/p-InP超伝導発光ダイオードの発光特性

Nb/n-InGaAs/p-InP超导发光二极管的发射特性

• 发表时间: 2008
• 作者: 林 雄二郎;田中 和典;赤崎 達志;定 昌史;熊野 英和;末宗 幾夫
• 通讯作者: 末宗 幾夫

Luminescence observed from a junction field-effect transistor with Nb/n-InGaAs/Nb Josephson junction.

从具有 Nb/n-InGaAs/Nb 约瑟夫森结的结型场效应晶体管观察到的发光。

• 发表时间: 2007
• 作者: Y. Hayashi;K. Tanaka;T. Akazaki;M. Jo;H. Kumano;I. Suemune
• 通讯作者: I. Suemune