2015 Fiscal Year Annual Research Report
直接遷移バレーへの電子注入による室温動作近赤外ゲルマニウムレーザーの開発研究
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25246021
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安武 裕輔 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (10526726)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / レーザー / 直接遷移 / 外場制御バレートロニクス / 熱い電子 / バレー間フォノン散乱 / 直接バレー電子注入 / 電子ラマン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
間接遷移半導体のゲルマニウムは、室温の直接遷移発光が光通信帯波長をカバーしつつ電流注入が可能である一方、CMOSプロセスへの適合性とキャリア移動度が高いことからチップ搭載・光電子ハイブリッド集積への最短距離に位置している。
本研究では、ゲルマニウムの直接光学遷移を利用した新しい原理にもとづく室温近赤外レーザーの開発を目標に据え、歴史上の難題であった間接遷移の攻略を達成するとともに外場で制御するタイプの新しいバレートロニクスの可能性を模索した。
最終年度では、ゲルマニウム直接バレーへ効率的に電子を注入する目的で、超高速のバレー間フォノン散乱が関与する物性を積極的に利用することを試みた。その結果、直接遷移バレー内の非平衡電子発生や価電子帯電子ラマン散乱など、直接・間接バレーのフォノン結合を介したレーザー構築に不可欠な特性に関する知見が得られた。
例えば、バルクや歪んだゲルマニウムを強磁場下におくことで室温においてもランダウ量子化スピン分裂準位による量子振動が蛍光スペクトル上でも明瞭に観測されるが、これは電子スペクトルが広がることによって初めて可能になることがわかった。このような熱い電子は、直接遷移バレーに励起された電子がバレー内緩和することなくバレー間散乱によって間接遷移バレーに速やかに遷移することで発生する。また、価電子帯の非フォノン的垂直緩和を伴う電子ラマン散乱が、1064-nmパルス光励起によって共鳴的に増大する効果を見いだした。さらにこれがバレー間散乱をきっかけに持続的に発生する多体効果にもとづくことをつきとめた。一方、応力印加によって電子ラマン遷移のエネルギーが系統的に変化することを実験と理論計算から検証した。この結果にもとづいてスピン分裂価電子帯の電子ラマン遷移の観測にはじめて成功し、再吸収損失と電子緩和損失の少ない利得発生過程として有望であることを見いだした。
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| Research Progress Status |
27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 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Ge Light Emitting DIodes2015
Author(s)
S. Fukatsu
Organizer
Energy, Materials and Nanotechnology Bangkok Meeting
Place of Presentation
Holiday Inn Bangkok Silom, Bangkok, Thailand
Year and Date
2015-11-10 – 2015-11-13
Int'l Joint Research / Invited
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