半導体微細構造中の1光子禁制励起子のフェムト秒ダイナミックスとその波動関数の制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10440088
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 南 不二雄 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (30200083)
• 研究分担者: 黒田 隆 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (00272659)
• キーワード: コヒーレント制御 / フェムト秒光パルス / 2光子共鳴散乱 / 2p励起子 / 量子ビート / 位相緩和 / ZnSe薄膜 / 共鳴ハイパーレイリー散乱

研究概要

2つのフェムト秒光パルスの相対位相を調整することにより、半導体中の光学遷移を自由に制御する方法であるコヒーレント制御法を1光子禁制状態の研究に適用するために2光子共鳴分光法である共鳴ハイパーレイリー散乱法と組み合わせた新しい分光法を開発した。この方法は2光子過程を用いているにもかかわらず、共鳴効果を利用しているために時間分解測定を行うと信号強度が弱くなることが予想される場合に最適な方法となる。この方法をGaAs基板上のZuSe薄膜中の1光子禁制状態である2p励起子状態のコヒーレント制御に適用した。その結果、この方法により2p励起子分極は入射パルス間の相対位相を制御することにより自由に制御できることが分かり、2p励起子状態の位相緩和時間も〜2psであることが判明した。さらに、得られる信号に量子ビート信号が重畳していることにより、この系の励起子状態はZnSeとGaAsと格子定数の違いによる歪のために、価電子帯はヘビーホール、ライトホールバンドの2つに分離していることも判明した。その分離量は量子ビートの周期より約2meVであることも分かった。
次に、2つのパルスの偏光状態を変えることにより、ZnSe中の分離した2p励起子状態の対称性を調べた。その結果ヘビーホール、ライトホール2p励起子状態は異なった対称性に属していることが判明した。スペクトル変化の情報を加味することにより、ヘビーホール2p励起子はs関数的、ライトホール2p励起子はd関数的であることが分かった。また、2p励起子状態を中間状態とする共鳴ハイパーレイリー散乱過程の選択則はSHG過程のそれとは異なることも判明した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kuroda,Y.Yamauchi,F.Minami: "Spina beats of anisotropic excitons in GaSe"J. Lumin. (in press).
• [文献書誌] S.Kuroda,Y.Terai,K.Takita,T.Takamasu,G.kido,N.Hasegawa,T.Kuroda,F.Minami: "Self-organized quantum dots of diluted magnetic semiconductors Cd1-xMnxTe"J. Crystal Growth (in press).
• [文献書誌] Y.Mitsumori,T.Kuroda,F.Minami: "Manupulation of 2P excitonic wave function in ZnSe"J. Lumin. (in press).
• [文献書誌] T.Kuroda,N.Hasegawa,F.Minami,Y.Terai,S.Kuroda,K.Takita: "Microphotoluminescence spectra of CdTe and CdMnTe self-organized quantum dots"J. Lumin.. 83-84. 321-324 (1999)
• [文献書誌] A.Hasegawa,F.Minami: "Spectral diffusion within exciton line In GaSe"J. Lumin.. 83-84. 127-130 (1999)
• [文献書誌] H.Ito,T.Takano,F.Minami,S.Nagao,H.Gotoh: "Type-II photoluminescence from GaP/A1P/GaP quantum wells undr hydrostatic pressure"Phys. Stat. Solidi (b). 211. 63-67 (1999)
• [文献書誌] S.Matsushita,F.Minami,A.Imada,r.Shimada,T.Koda: "Light propagation in two-dimensional photonic crystals illuminated by a tightly focused laser beam"Superlattices and Microstructures. 25. 347-350 (1999)