Investigations of carrier properties in semiconductors via two-photon excited coherent phonon-plasma coupling modes.

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05408
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 欅田 英之 上智大学, 理工学部, 准教授 (50296886)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ポンププローブ分光 / コヒーレントフォノン

Outline of Annual Research Achievements

本研究はコヒーレントＬОフォノンと半導体中の二光子励起キャリアとの相互作用を利用し、新たな電子物性測定技術の開拓を行うことを目的としている。
この研究期間中に実験室の移転が行われ、研究がスローダウンした時期もあったが、最終的には全体を通じて、主に二つの研究を行った。
まず、CdSe量子ドットを用い、コヒーレントフォノン信号の光生成キャリア数依存性を精密に調べた。プレポンプパルスによって先に光励起キャリアを生成し、その後透過型ポンププローブ信号を測定することで、キャリア数によってコヒーレントフォノンがどのように変化するのかを調べた。通常のバルク半導体と異なり、今回の実験ではキャリア数の増加とともにコヒーレントフォノンの生成が妨げられるのが観測された。これはプレポンプパルスで作られた電子と正孔がドット内で個別に閉じ込められることによってそれぞれがフェルミオン的な性質を示し、その後のラマン過程を妨げていることによる。このことはCdSe量子ドットにおいて、電子系のコヒーレント操作によってフォノンの生成を制御できることを示唆している。
一方、本研究ではキャリアのドープ情報込みでの入手が可能な半導体試料に対してコヒーレントフォノンを測定し、フォノン・プラズモン結合モードのふるまいとキャリア移動度の関係を明らかにすることをめざしている。そのためには、これらの物質のバンドギャップより十分に低エネルギーでかつ格子振動周期より短いパルスが得られる光源を作製する必要がある。そこで、非線形光学結晶であるBIBOを用い、近赤外パラメトリック増幅器の作製に成功した。