InGaAs/AlGaAs pyramids reported in this paper are fabricated by metal-organic chemical vapor deposition on a GaAs substrate which is patterned with tetrahedral recesses, so that it is possible to control the position and density of the pyramids. Since the top of the pyramid shows the properties of quantum dot (QD), this sample has attracted much attention for single dot spectroscopy and homogeneously distributed QDs system. In addition, not only QD but also quantum wires and quantum wells are included in this pyramid, and behavior of carriers in the complex system of the quantum structures has been studied.
Cathodoluminescence (CL) is a luminescence generated by an electron beam irradiation to a sample. Since the spot size excited by the electron beam is very smaller than that excited by a light because of the short wavelength, highly-spatially resolved measurements can be performed. Additionally, the authors developed an original experimental setup for time-resolved cathodoluminescence by generating the electron beam as pulses by using a short pulse laser. This setup has the spatial resolution of 50 nm and the temporal resolution of 10 ps. These are sufficient to identify each quantum structures and the carrier dynamics in them for a single pyramid. By using this setup, they related several CL bands from the InGaAs/AlGaAs pyramid with the each quantum structures, and discussed behaviors of carrier transfer in the pyramid by time-resolved spectroscopy for their CL bands.
本論文で用いられたInGaAs/AlGaAsピラミッドは、四面体型に彫られたGaAs基板上に有機金属気相蒸着法によって作製されたものである。そのためピラミッドの位置と密度を制御することが可能である。ピラミッドの頂点が量子ドットの特性を示すことから、単一量子ドット分光や均質な量子ドットが可能であることから注目されている。また、ピラミッド内には頂点での量子ドットの他に量子細線・量子井戸などの構造が含まれ、それら量子構造複合系でのキャリアの振る舞いが研究されている。
カソードルミネッセンスとは電子線を試料に照射した際に発生する発光を指す。電子線は波長が非常に短いため光励起の場合よりも励起スポットを絞ることができ、高い空間分解能での測定が可能となる。さらに著者らは、短パルスレーザーを用いて電子線をパルス発生させることにより、時間分解カソードルミネッセンスが測定可能な独自のセットアップを構築した。このセットアップは、50 nmの空間間分解能と10 psの時間分解能があり、単一ピラミッド中の量子構造やそのキャリアダイナミクスを観測するには充分である。このセットアップを用いて、InGaAs/AlGaAsピラミッド内の複数の量子構造とその位置からの発光を関連付け、またそれらの発光の時間分解分光により、ピラミッド内でのキャリアの移動の振る舞いを考察した。