1998 Fiscal Year Annual Research Report
半導体ナノスケール構造におけるコヒーレント・フォノンの定量ダイナミクス
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09450025
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| Research Institution | HOKKAIDO UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 信一朗 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80109488)
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| Keywords | 超高速 / 半導体 / レーザー / フォノン / 超音波 / 超格子 / 反射率 / 表面 |
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| Research Abstract |
フェムト秒光パルスによって生成されたピコ秒領域のコヒーレントフォノンを検出するために、我々は干渉計を開発した。この干渉計は、従来用いられていた過渡的反射率変化測定に加えて、試料表面の超高速変位を直接測定することができる。干渉計の形態はSagnac型の干渉計を元にしたものであり、振幅反射率の実部と虚部のピコ秒領域での変化を測定することができる。参照光と測定光の光路を共通にすることにより、寄生的な音響的および熱的な揺乱を最小に押さえることができた。この特徴により、1μmの空間分解能およびサブピコ秒の時間分解能を持って測定を行うことができた。主な結果は以下のとおりである。
1) ピコ秒領域のコヒーレント音響フォノンの検出のためにSagnac型干渉計を設計製作した。
2) GaAsバルク結晶の(100)面におけるコヒーレント縦音響フォノンの生成および検出を行った。バンドギャップ以上のエネルギーを持つ励起光および検出光は、試料の同じ側から入射され、バルク試料におけるコヒーレントフォノンパルスの伝播状況が観測された。
3) 厚さ5μmのAl_<0.3>Ga_<0.7>As(100)基板上に形成された、厚さ50nmのGaAs(100)薄膜のコヒーレント縦音響フォノンの生成および検出を行った。バンドギャップ以上のエネルギーを持つ励起光および検出光は試料の表裏の方向から入射した。この光学配置により、検出された信号から、フォノンパルスによる信号と、熱的および電子的な信号とを分離することができた。
4) 原子スケールの周期を持つGaAs/AlGaAs超格子におけるコヒーレント音響フォノンの生成および検出を行った。励起光の波長を830nm付近に調整することによって、GaAs層の選択的な励起を行った。積層方向に垂直な劈開面の励起を試み、縦音響フォノンが積層面内を伝播する様子を観測した。
更に、金属中のフォノン生成検出についての理論的な研究を発展させ、先に発表した自由電子ガスの非平衡緩和過程の解析的な取り扱いを数値的に確かめた。
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[Publications] D.H.Hurley,O.Matsuda,O.B.Wright: "Detection of coherent phonon pulses by potical interferometry" Rev.Sci.Instrum.(to be published). (1999)
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[Publications] D.H.Hurley,O.Matsuda,O.B.Wright: "Femtosecond generation of acoustic waves in GaAs" Ultrasonics. (to be published). (1999)
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[Publications] O.B.Wright,P.L.G.Ventek,V.E.Gusev: "Electron-phonon dynamics in metals on ultrashort timescales" Physica B. (to be published). (1999)
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[Publications] O.B.Wright,V.E.Gusev,P.L.G.Ventzek: "Ultrafast relaxation and diffusion of electrons in metals" 第5回フェムト秒テクノロジー国際ワークショップ(FST98)、つくば. 147 (1998)
