半導体における遠赤外(THz)発光の検出とスペクトル測定

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12874033
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 近藤 泰洋 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20013534)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮嵜 博司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00134007)
• Keywords: 遠赤外 / THz / 赤外分光学 / 半導体 / シリコン / 黒体輻射 / フェムト秒レーザー / ホットエレクトロン

Research Abstract

半導体にフェムト秒レーザーパルスを照射すると、表面近傍に生成された電子・正孔対が表面電場により分離、加速されδ関数的に時間変化する双極子が発生される。この双極子による放射がTHz領域に観測される。このような機構による放射の発生は表面近傍に電子、正孔対が発生する場合に限られるはずである。しかし、申請者はシリコンにおいてもTHz放射が観測されることを発見した。この場合、間接エネルギーギャップのために電子正孔対は結晶内部にまで生成され、表面近傍に作られる割合は極めて少ないと考えられる。
本課題では、高純度試料を購入、測定用光学系を製作し、シリコンの場合のTHz放射がどのような発生機構によるのか、砒化ガリウムの場合と比較しながら測定を行った。強磁場中に置いた砒化ガリウム単結晶表面に垂直にフェムト秒レーザーパルスを照射、発生したTHz放射を観測した。このような状況での放射に関して最近提案されたスラブモデルによる理論的考察との比較を試みた。次に、10K程度に冷却した高純度シリコン単結晶に1.5eVのレーザー光を照射し、発生したTHz放射のスペクトルを測定した。この場合のTHz放射の原因について以下の3種類の機構を考え、検討を行っている。(1)レーザー照射による温度上昇、(2)電子系のみの温度上昇、(3)キャリアー濃度の上昇による反射率の変化。