2022 Fiscal Year Annual Research Report
時間・角度分解光電子差分分光による正孔動力学多次元イメージ法の開発
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19H01826
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
金崎 順一 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80204535)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 純平 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 准教授 (40372768)
深津 晋 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体 / キャリア動力学 / ２光子光電子分光 / 電子・正孔 / シリコン / ゲルマニウム / III-V族半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光励起により形成された非平衡励起電子系のエネルギーは、様々な散乱過程を経て格子系へ移動し、励起電子系は、数ps程度の時間を経て熱化し(準平衡状態を形成し）た後、最終的には格子系との熱平衡状態に到達する. 本年度は、ゲルマニウムを研究対象として、時間角度分解２光子光電子分光法により励起電子系密度分布の時間発展を測定し、電子系のエネルギー緩和速度と、励起光強度及び試料温度との相関を明確にした。その結果、エネルギー緩和速度は、1)伝導帯下端(CBM)からの励起電子余剰エネルギーが増大するにつれて増加する事, 2)励起強度及び試料温度には依存しない事, が判明した.さらに、第一原理計算により求めた結果と実験結果を比較検討し、変位ポテンシャルを介した電子格子散乱により実験結果の特徴を合理的に説明できることを明らかにした。上記研究から、電子系から格子系へのエネルギー移動素課程を解明した。
エネルギー緩和及び熱化後に起こる伝導帯励起電子系の主要な消滅過程として、表面再結合過程が重要である。本研究では，結晶内部CBM近傍及びバルクバンドギャップ領域に存在する表面バンド内の励起電子系密度分布の時間変化を同時測定し、表面バンド内の電子密度がCBMにおける電子密度とほぼ同じ時間領域で成長した後に減衰していく振る舞いを明らかにした.結晶内部及び表面における電子密a度の時間発展を解析し、バルクCBMから表面バンドへの散乱及び表面バンド内における消滅の時定数を明確にした。上記の結果より、表面再結合の素過程についての理解を得た。更に、表面バンド内の電子系について、密度分布の時間変化を明確にし、表面電子系がバンド内においてエネルギー緩和する速度を決定した。その結果、表面緩和速度は、表面バンド下端からの余剰エネルギーに依存する事、また、試料温度には依存しない事、を明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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