1998 Fiscal Year Annual Research Report
時間分解テラヘルツ分光法を用いた半導体ナノ構造中のダイナミックな伝導現象の解明
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09450138
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒川 泰彦 東京大学, 技術研究所, 教授 (30134638)
榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
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| Keywords | テラヘルツ光 / 光伝導アンテナ / 半導体ヘテロ構造 / プラズマ振動 / コヒーレンス / 位相緩和 / 量子井戸 / フェムト秒 |
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| Research Abstract |
テラヘルツ(THz)領域で動作する素子の実現には、半導体量子構造中などで起きる超高速現象の探索や電子波束のダイナミクスの解明が必要不可欠である。超高速の電子波束の運動は電磁波の放射を伴うため、この電磁波の放射を光伝導アンテナを用いて観測することにより、電子波束の動きを可視化する事ができる。本研究では、半導体へテロ構造中の超高速トンネル効果や電子のプラズマ振動からのTHz光放射を実時間領域で観測し、そのダイナミクスについて検討を行っている。本年度は、主に半導体量子井戸構造中の2次元電子のプラズマ振動の実時間観測を行い、以下のような研究成果を得た;
(1) 変調ドープ量子井戸構造表面にプラズマ振動を放射電磁界モードに変換するためのグレーティングを形成した試料からのTHz光放射波形を測定したところ、2次元電子プラズマ振動による振動的な電磁波放射が観測された。特に、グレーティングと2次元電子系の距離を短くすることにより、5次のプラズマモードまで観測することに成功し、その分散が理論でよく説明できることがわかった。
(2) テラヘルツ光放射過程におけるプラズマ振動の緩和時間が、電子の運動量緩和時間に比べて約1/5程度であることを見いだし、この短い緩和時間がプラズマ振動の位相緩和によるものであることを明らかにした。
(3) 光パルスによる2次元プラズマ振動の励起の機構について検討を行い、吸収端以下の光エネルギーでは誘導ラマン過程が、また吸収端以上の光エネルギーに対しては、光励起キャリアのスクリーニングと熱励起が支配的であることを明らかにした。
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[Publications] N.Sekine, K.Yamanaka, K.Hirakawa, M.Vosseburger, P.Haring-Bolivar, and H.Kurz: "Observation of teraherz radiation from higher-order two-dimensional plasmon modes in GaAs/AlGaAs single quantum wells" Applied Physics Letters. vol.74, No.7. 1006-1008 (1999)
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[Publications] N.Sekine, K.Hirakawa, and Y.Arakawa: "Terahertz emission from quantum beats coupled quantum wells" Japanese Journal of Applied Physics. vol.37, part.1, No.3B. 1643-1645 (1998)
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[Publications] Y.Shimada and K.Hirakawa: "Optical and transport properties of single quantum well infrared photodetectors" Japanese Journal of Applied Physics. vol.37, part 1, No.3B. 1421-1423 (1998)
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[Publications] Y.Shimada, K.Hirakawa: "Photocurrent dynamics in single quantum well infrared photodetectors investigated by using free electron laser pulses" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B 144. 166-171 (1998)
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[Publications] K.Yamanaka and K.Hirakawa: "Far Infrared Photoresponse of the Diagonal Magnetoresistance of the Two-Dimensionsl Electron System near the n=1 Spin-Gap Quantum Hall State" Physica Status Solidi (B). 204. 310-313 (1998)
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[Publications] K.Yamanaka and K.Hirakawa: "Far-infrared photoresponse of the AlGaAs/GaAs low-dimensional systems constricted by split-gates" Solid-State Electronics. 42, 7-8. 1151-1153 (1998)
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[Publications] K.Hirakawa (分担執筆): "Terahertz Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures" Springer, 96-103 (1998)
