Localized hole on Carbon acceptors in an n-type doped quantum wire. Toshiyuki Ihara ’05 11/29 For Akiyama Group members 11/29 this second version (latest) 11/25 first version

Motivation これまでのドープ細線の場合 Carbon Acceptor をドープした場合 Hawrylak et al. Solid State Commun. 81, 525 (1992) （１次元ドープ系の発光スペクトル理論計算） 破線：正孔が自由に動く場合（ Band 端が強い） 実線：正孔がアクセプタに局在した場合（ FES 効果で Fermi 端が強い） 発光スペクトルに FES 効果が強く現れるに違いない。 あわよくば吸収スペクトルにも変化があるかも。

Sample structure of an n-type doped quantum wire with carbon acceptor doping

Photograph of sample

I-V feature

Ref. PL and PLE overview － stem excitation PL and wire probe PLE I chose Arm Continuum onset (1.6eV) as E ex to measure PL spectra (in following pages) E prb = 1.57eV (wire probe) P ex = 10  W T = 5K Vg = 0V

PL Vg dependence Wire region E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K Additional Emission peaks are observed !! Ref. Akiyama et al. Solid State Commun. 122, 169 (2002)

Arm Acceptor peak Arm region E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K One of the additional Emission peaks is assigned as “Arm Acceptor” which comes from C-Acceptor state in Arm region !! I changed the sample position to measure “Arm region” without wire.

Wire Acceptor peak At the low excitation power, A clear “Wire Acceptor” emission peak appears !! Wire Acceptor emission peak is observed clearly at low excitation power. (Acceptor peak shows saturation with increasing excitation power !?) E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 3  W T=5K Wire region

PL ～ excitation power dependence Intensity of Acceptor PL peaks show saturation with increasing excitation power. PL spectra normalized by Wire Exciton peak intensity E ex = 1.6eV( Arm Continuum ex. ) Vg=0V T=5K

Energy gap between Exciton state and Acceptor state Arm の方が Exciton – Acceptor のエネルギー差が大きい。何を意味するか考 え中。

Arm Acceptor Resonant PLE In Acceptor system, both PL and PLE peak show blue shift with increasing electron density E prb = 1.563eV ( Arm Acceptor probe ) P ex = 10  W T = 5K

Wire Acceptor Resonant PLE

PL scan 中励起  W) E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K There are still ML fluctuations

PL scan (low excitation power) 弱励起  W) 長時間露光 E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 3  W T=5K There are still ML fluctuations (and C-dope density fluctuation !?).

Carbon Acceptor 準位の発光ピークが wire/Arm 共に驚くほどきれいに現れた。 Arm Acceptor の PLE がとりあえず測定できた。 Wire Acceptor の PLE は難しそ う。 特に注目すべき点 ： Wire ・ Arm 共に、 Acceptor の発光ピークが電子濃度 の増加と共にブルーシフトを示した （さらに、 Arm Acceptor の吸収は発光ピークとほぼ同じエネルギー） このことは、 Acceptor ⇔ Conduction band の遷移で FES 効果が強いことを表す。 Wire で Band edge の発光が消えるという事実は非常に重要。 ⇔ 一次元電子系の発光スペクトルの形状は、正孔の局在に非常に敏感 である。 以前の論文 ( Akiyama et al. Solid State Commun. 122, 169 (2002) ) で報告した 「発光スペクトルの高エネルギー側の肩に現れるモコモコ」は、 一部の正孔が局在するために現れる FES 効果と考えられる。Conclusion