層状半導体の微小共振器構造の作成とその光学非線形性

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08640424
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 赤井 一郎 大阪市立大学, 理学部, 講師 (20212392)
• 研究分担者: 小松 晃雄 大阪市立大学, 理学部, 教授 (90047134) ; 唐沢 力 大阪市立大学, 理学部, 助教授 (90106336)
• キーワード: 励起子 / 層状半導体 / 励起子の量子閉じ込め効果 / 励起子の誘電率閉じ込め効果 / 光学非線形性 / 格子不正 / 光共振器構造 / 分子遷移

研究概要

1.層状半導体の薄膜成長条件の探索
本補助金で購入したターボ・パック(ターボ・モレキュラ・ポンプ)を用いて、高真空・空間を作り、層状半導体BiI_3, CdI_2の薄膜成長条件を探索した。これらの物質は、0.1nm/sec程度の成長速度下でエピタキシャル成長し、直接励起子遷移が明確に観測できた。この条件下で、BiI_3/CdI_2の多層ヘテロ構造や、BiI_3/Cryoliteの多層ヘテロ構造を作成した。
2.試料評価
作成試料の評価は、Raman分光で行った。単結晶と比較して、Raman線の違いから、薄膜では基板及びへテロ構造のため、格子間隔の違いによって、格子が変形を受けていることが理解できた。
3.超薄膜の励起子遷移
CdI_2及びCryoliteで挟んだBiI_3超薄膜では、厚さに応じて励起子の遷移エネルギーが高エネルギー側に移動した。この効果は、励起子の量子閉じ込め効果として考えられると共に、励起子の誘電率閉じ込め効果の影響も受けていると結論できた。
4.超薄膜の分子遷移
同様の試料では、励起子遷移と共存して分子遷移が観測できた。
5.光学遷移の非線形性
超薄膜の励起子遷移や分子遷移は大きな光学遷移確率をもち、光学非線形性も大きいことが期待される。この性質を利用するために、この超薄膜を利用した光共振器構造を作成した。

研究成果

• [文献書誌] I.Akai, D.Kim, T.Karasawa, T.Komatsu: "Exciton Transitions in Growth-Rate Controlled Thin Films and Heterostructures Made of Layered Semiconductors" Proceedings of the 2nd International Conference on Excitonic Processes in Condensed. Matter. 131-134 (1996)
• [文献書誌] I.Akai, T.Karasawa, T.Komatsu: "Optical Spectra in The BiI3/CdI2 : Cryolite Heterostructures" Proceedings of the 2nd Asia Symposium on Condensed Matter Photophysics. 157-160 (1996)
• [文献書誌] T.Karasawa, I.Akai, T.Kawai, H.Kondo, H.Mino, T.Komatsu: "Space- and Time-Resolved Study of the Nonlinear Optical Responses on the Exciton in a Quasi Two Dimensional System in BiI3" Prog.Cryst.Growth & Characterization Materials. 33. 97-100 (1996)
• [文献書誌] T.Komatsu, T.Karasawa, I.Akai, T.Iida: "Optical Properties of Nanostructures in Layered Metal Tri-Iodide Crystals" J.Lumin.70. 448-467 (1996)
• [文献書誌] D.Kim, T.Karasawa, I.Akai, T.Komatsu: "Exciton Transitions and Exciton-Phonon Interaction in Nanostructures of Layered Metal Tri-Iodide" Proceedings of the 2nd International Conference on Excitonic Processes in Condensed. Matter. 139-142 (1996)
• [文献書誌] F.Yasuhara, T.Karasawa, I.Akai, T.Komatsu, V.F.Aguekian: "Exciton Transitions and Thier Relaxation Processes in Layered Semiconductors GaS" Proceedings of the 2nd Asia Symposium on Condensed Matter Photophysics. 161-164 (1996)