Nano-optical Imaging and Spectroscopy of Single Semiconductor Quantum Constituents

  • Toshiharu Saiki
Reference work entry


In this chapter, current progress in the instrumentation and measurements of aperture-based near-field scanning optical microscopy and its application to spectroscopic study of semiconductor nanostructures are described. The design and fabrication of the probe with regard to aperture quality and the efficiency of light propagation are carefully examined. The recent dramatic improvements in spatial resolution and optical throughput are demonstrated by single quantum dot spectroscopy.


Cone Angle Excitation Power Aperture Diameter Excitation Power Density Aperture Probe 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.



We are grateful to M. Ohtsu, S. Mononobe, K. Matsuda, N. Hosaka, H. Kambe, K. Sawada, H. Nakamura, T. Inoue, F. Sato, K. Nishi, H. Saito, Y. Aoyagi, M. Mihara, S. Nomura, M. Takahashi, A. Moto, and S. Takagishi for their assistance and fruitful discussions.


  1. 1.
    P. Borri, W. Langbein, S. Schneider, U. Woggon, R.L. Sellin, D. Ouyang, D. Bimberg, Phys. Rev. Lett. 87, 157401 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    D. Birkedal, K. Leosson, J.M. Hvam, Phys. Rev. Lett. 87, 227401 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    K. Brunner, G. Abstreiter, G. Bohm, G. Trankel, G. Weimann, Phys. Rev. Lett. 73, 1138 (1994)ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    H.F. Hess, E. Betzig, T.D. Harris, L.N. Pfeiffer, K.W. West, Science 264, 1740 (1994)ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    D. Gammon, E.S. Snow, B.V. Shanabrook, D.S. Katzer, Phys. Rev. Lett. 76, 3005 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    T.H. Stievater, X. Li, D.G. Steel, D. Gammon, D.S. Katzer, D. Park, C. Piermarocchi, L.J. Sham, Phys. Rev. Lett. 87, 133603 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    H. Kamada, H. Gotoh, J. Temmyo, T. Takagahara, H. Ando, Phys. Rev. Lett. 87, 246401 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    G. Chen, N.H. Bonadeo, D.G. Steel, D. Gammon, D.S. Katzer, D. Park, L.J. Sham, Science 289, 1906 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    P. Michler, A. Kiraz, C. Becher, W.V. Schoenfeld, P.M. Petroff, L. Zhang, E. Hu, A. Imamoglu, Science 290, 2282 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    M. Ohtsu, Near-Field Nano/Atom Optics and Spectroscopy (Springer, Tokyo, 1998)CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    M. Ohtsu, Optical and Electronic Process of Nano-Matters (Kluwer Academic, Dordrecht, 2001)CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    S. Kawata, Near-Field Optics and Surface Plasmon Polaritons (Springer, Telos, 2001)CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    V. Emiliani, T. Guenther, C. Lienau, R. Nötzel, K.H. Ploog, Phys. Rev. B 61, R10583 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    M. Achermann, B.A. Nechay, F. Morie-Genoud, A. Schertel, U. Siegner, U. Keller, Phys. Rev. B 60, 2101 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    N.H. Bonadeo, J. Erland, D. Gammon, D. Park, D.S. Katzer, D.G. Steel, Science 282, 1473 (1998)CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Y. Toda, T. Sugimoto, M. Nishioka, Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 76, 3887 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    G.A. Valaskovic, M. Holton, G.H. Morrison, Appl. Opt. 34, 1215 (1995)ADSCrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    T. Pangaribuan, K. Yamada, S. Jiang, H. Ohsawa, M. Ohtsu, Jpn. J. Appl. Phys. 31, L1302 (1992)ADSCrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    S. Mononobe, M. Ohtsu, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 99 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    M. Muranishi, K. Sato, S. Hosaka, A. Kikukawa, T. Shintani, K. Ito, Jpn. J. Appl. Phys. 36, L942 (1997)ADSCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    T. Saiki, K. Matsuda, Appl. Phys. Lett. 74, 2773 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    T. Saiki, S. Mononobe, M. Ohtsu, N. Saito, J. Kusano, Appl. Phys. Lett. 68, 2612 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    H. Furukawa, S. Kawata, Opt. Commun. 132, 170 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    H. Nakamura, T. Sato, H. Kambe, K. Sawada, T. Saiki, J. Microsc. 202, 50 (2001)MathSciNetCrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    H.A. Bethe, Phys. Rev. 66, 163 (1944)MathSciNetADSCrossRefzbMATHGoogle Scholar
  26. 26.
    K. Matsuda, T. Saiki, S. Nomura, M. Mihara, Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 81, 2291 (2002)ADSCrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    D. Gammon, E.S. Snow, D.S. Katzer, Appl. Phys. Lett. 67, 2391 (1995)ADSCrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    N. Hosaka, T. Saiki, J. Microsc. 202, 362 (2001)MathSciNetCrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    X.S. Xie, R.C. Dunn, Science 265, 361 (1994)ADSCrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    T. Saiki, K. Nishi, M. Ohtsu, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 1639 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    E. Dekel, D. Gershoni, E. Ehrenfreund, D. Spektor, J.M. Garcia, P.M. Petroff, Phys. Rev. Lett. 80, 4991 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    Y. Toda, O. Moriwaki, M. Nishioka, Y. Arakawa, Phys. Rev. Lett. 82, 4114 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  33. 33.
    M. Notomi, T. Furuta, H. Kamada, J. Temmyo, T. Tamamura, Phys. Rev. B 53, 15743 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  34. 34.
    K. Ota, N. Usami, Y. Shiraki, Phys. E 2, 573 (1998)CrossRefGoogle Scholar
  35. 35.
    D. Gammon, E.S. Snow, B.V. Shanabrook, D.S. Katzer, D. Park, Science 273, 87 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    A.V. Uskov, K. Nishi, R. Lang, Appl. Phys. Lett. 74, 3081 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    H. Tsuchiya, T. Miyoshi, Solid-State Electron. 42, 1443 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    K. Matsuda, K. Ikeda, T. Saiki, H. Tsuchiya, H. Saito, K. Nishi, Phys. Rev. B 63, 121304 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  39. 39.
    K. Nishi, R. Mirin, D. Leonard, G. Medeiros-Ribeiro, P.M. Petroff, A.C. Gossard, J. Appl. Phys. 80, 3466 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  40. 40.
    H. Kamada, J. Temmyo, M. Notomi, T. Furuta, T. Tamamura, Jpn. J. Appl. Phys. 36, 4194 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  41. 41.
    P. Borri, W. Langbein, J.M. Hvam, F. Heinrichsdorff, M.-H. Mao, D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 76, 1380 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  42. 42.
    K. Matsuda, T. Saiki, H. Saito, K. Nishi, Appl. Phys. Lett. 76, 73 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  43. 43.
    H. Tsuchiya, T. Miyoshi, Microelectron. Eng. 47, 139 (1999)CrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    D. Gammon, S. Rudin, T.L. Reinecke, D.S. Katzer, C.S. Kyono, Phys. Rev. B 51, 16785 (1995)ADSCrossRefGoogle Scholar
  45. 45.
    H. Haug, S.W. Koch, Quantum Theory of the Optical and Electronic Properties of Semiconductors (World Scientific, Singapore, 1993)Google Scholar
  46. 46.
    G. Trankel, E. Lach, A. Forchel, F. Scholz, C. Ell, H. Haug, G. Wimann, Phys. Rev. B 36, 3712 (1987)MathSciNetCrossRefGoogle Scholar
  47. 47.
    Q. Wu, R.D. Grober, D. Gammon, D.S. Katzer, Phys. Rev. B 62, 13022 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  48. 48.
    R. Rinaldi, G. Coli, A. Passaseo, R. Cingolani, Phys. Rev. B 59, 2230 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    K. Nishi, H. Saito, S. Sugou, J.-S. Lee, Appl. Phys. Lett. 74, 1111 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  50. 50.
    M. Sugawara, K. Mukai, Y. Nakata, Appl. Phys. Lett. 75, 656 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  51. 51.
    R. Heitz, F. Guffarth, I. Mukhametzhanov, M. Grundmann, A. Madhukar, D. Bimberg, Phys. Rev. B. 62, 16881 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  52. 52.
    S.V. Nair, Y. Masumoto, Phys. Status Solidi A 178, 303 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  53. 53.
    S.V. Nair, Y. Masumoto, J. Lumin. 8789, 438 (2000)CrossRefGoogle Scholar
  54. 54.
    A.V. Uskov, I. Magnusdottir, B. Tomborg, J. Mork, R. Lang, Appl. Phys. Lett. 79, 1679 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  55. 55.
    R. Ferreira, G. Bastard, Appl. Phys. Lett. 74, 2818 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  56. 56.
    J.R. Guest, T.H. Stievater, G. Chen, E.A. Tabak, B.G. Orr, D.G. Steel, D. Gammon, D.S. Katzer, Science 293, 2224 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  57. 57.
    G.W. Bryant, Appl. Phys. Lett. 72, 768 (1998)ADSCrossRefGoogle Scholar
  58. 58.
    G. Chen, T.H. Stievater, E.T. Batteh, X. Li, D.G. Steel, D. Gammon, D.S. Katzer, D. Park, L.J. Sham, Phys. Rev. Lett. 88, 117901 (2002)ADSCrossRefGoogle Scholar
  59. 59.
    M. Weyers, M. Sato, H. Ando, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 853 (1992)ADSCrossRefGoogle Scholar
  60. 60.
    X. Yang, J.B. Heroux, M.J. Jurkovic, W.I. Wang, Appl. Phys. Lett. 76, 795 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  61. 61.
    M. Kondow, S. Nakatsuka, T. Kitatani, Y. Yazawa, M. Okai, Jpn. J. Appl. Phys. 35, 5711 (1996)ADSCrossRefGoogle Scholar
  62. 62.
    M. Kondow, K. Uomi, K. Hosomi, T. Mozume, Jpn. J. Appl. Phys. 33, L1056 (1994)ADSCrossRefGoogle Scholar
  63. 63.
    M. Sato, J. Cryst. Growth 145, 99 (1994)ADSCrossRefGoogle Scholar
  64. 64.
    I.A. Buyanova, W.M. Chen, G. Pozina, J.P. Bergman, B. Monemar, H.P. Xin, C.W. Tu, Appl. Phys. Lett. 75, 501 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  65. 65.
    L. Grenouillet, C. Bru-Chevallier, G. Guillot, P. Gilet, P. Duvaut, C. Vannuffel, A. Million, A. Chenevas-Paule, Appl. Phys. Lett. 76, 2241 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  66. 66.
    K. Uesugi, I. Suemune, T. Hasegawa, T. Akutagawa, T. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 76, 1285 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  67. 67.
    I.A. Buyanova, W.M. Chen, B. Monemar, H.P. Xin, C.W. Tu, Appl. Phys. Lett. 75, 3781 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  68. 68.
    B.Q. Sun, D.S. Jiang, X.D. Luo, Z.Y. Xu, Z. Pan, L.H. Li, R.H. Wu, Appl. Phys. Lett. 76, 2862 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  69. 69.
    R.A. Mair, J.Y. Lin, H.X. Jiang, E.D. Jones, A.A. Allerman, S.R. Kurtz, Appl. Phys. Lett. 76, 188 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  70. 70.
    K. Matsuda, T. Saiki, M. Takahashi, A. Moto, S. Takagishi, Appl. Phys. Lett. 78, 1508 (2001)ADSCrossRefGoogle Scholar
  71. 71.
    A. Moto, S. Tanaka, N. Ikoma, T. Tanabe, S. Takagishi, M. Takahashi, T. Katsuyama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 1015 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar
  72. 72.
    M. Takahashi, A. Moto, S. Tanaka, T. Tanabe, S. Takagishi, K. Karatani, M. Nakayama, K. Matsuda, T. Saiki, J. Cryst. Growth 221, 461 (2000)ADSCrossRefGoogle Scholar
  73. 73.
    T. Someya, Y. Arakawa, Jpn. J. Appl. Phys. 38, L1216 (1999)ADSCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013

Authors and Affiliations

  1. 1.Department of Electronics and Electrical EngineeringKeio UniversityKanagawaJapan

Personalised recommendations