半導体の不規則性に局在した励起子のフェムト秒領域の緩和過程

1989 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 63460021
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体物性
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 南 不二雄 北海道大学, 応用電気研究所, 助教授 (30200083)
• 研究分担者: 浅香 修治 北海道大学, 応用電気研究所, 助手 (00167876) ; ASAKA Shuji Hokkaido University, Research Institute of Applied Electricity, Instructor (00167876) ; ASAKA Shuji Hokkaido University, Research Institute of Applied Electricity, Instructor (00167876) ; ASAKA Shuji Hokkaido University, Research Institute of Applied Electricity, Instructor (00167876) ; ASAKA Shuji Hokkaido University, Research Institute of Applied Electricity, Instructor (00167876)
• 研究期間 (年度): 1988 – 1989
• キーワード: フェムト秒分光 / 局在励起子 / 位相緩和 / ダイアモンドアンヴィル / インコヒ-レントパルス分光 / GaSe / AlAs超格子 / 層状化合物半導体

研究概要

1.受動モ-ド同期色素レ-ザ-を用いたフェムト秒パルスレ-ザ-システムを作製した。このシステムにより100フェムト秒の分解能で高速緩和過程の研究が可能となった。
2.フェムト秒パルスを用いたフォトンエコ-法により層状化合物GaSe中の積層不整に局在した励起子の位相緩和時間を測定した。局在励起子の位相緩和は300K以下では層内での不純物散乱、それより高温ではフォノン散乱により支配されていることが分かった。
3.GaSeの局在励起子の輻射寿命の温度変化をフェムト秒フォトンエコ-法により測定した位相緩和時間の温度変化と比較した。その結果、局在励起子の輻射寿命と位相緩和には強い相関があることを見いだした。この結果は、低次元系励起子の輻射寿命は励起子のコヒ-レンス体積により決められていて、コヒ-レンス体積の大きさは位相緩和過程により制限されているという最近の理論予測を実験的に検証したことになっている。
4.超短光パルスを用いた飛行時間測定法(TOF法)により、半導体中を透過する際の光パルスの遅延時間を測定した。その結果GaSe局在励起子線内で光の速度は10分の1程度に遅くなっていることが判明した。この遅延は励起子線の吸収飽和によっていることを理論的に示した。
5.時間的インコヒ-レント光を用いて励起状態の分布数緩和を測定する2つの新しい分光法を開発した。
6.単一モ-ド光ファイバ-中の自己位相変調効果を利用して、プロ-ブ光の波長拡大を計る新しいタイプのフェムト秒ポンプ・プロ-ブ法を開発した。この方法を用いてCdSe中のホット・キャリア-の高速励起緩和過程を調べた。光励起されたことによるプロ-ブ光の透過スペクトルの変化は高密度電子・正孔プラズマ生成に伴うバンドギャップの収縮、およびその後のホット・キャリア-の冷却過程を考慮することにより説明できることが分かった。
7.ダイアモンドアンビルを用いた低温高圧装置を作製した。この装置を用いてn<13の(GaAs)n(AlAs)n短周期超格子の伝導体の底はAlAsのXz状態により作られていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Fujio Minami: "Similarity of exciton dynamics in GaAs/AlAs short-period superlattice and alloy" Proceedings of the International Conference on Physisc of Semiconductors. 19. 411-414 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Hole bruning of free exciton line in GaSe" Ultrafast Phenomena. 6. 229-232 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shuji Asaka: "Ultrafast fluorometry using temporally incoherent light" Ultrafast Phenomena. 6. 375-377 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Ultrafast two-laser pump-probe experiment using temporally incoherent lights" Applied Physics Letters. 54. 978-980 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Pressure effect on indirect excitons in ultra-thin GaAs-AlAs superlattice" Semiconductor science and technology. 4. 265-266 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 南不二雄: "GaAs/AlAs短周期超格子中の間接励起子" 固体物理. 24. 482-488 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Population and phase relaxations of quasi-two dimensional excitons in Gase:Femtosecond photon echoes and luminescence decay measurements" Journal of Luminescence. 45. 409-411 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Atsushi Hasegawa: "Femtosecond relaxation dynamics of hot carriers in CdSe" Journal of Luminescence. 45. 192-193 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "X-I'scattering in short-period GaAs/AlAs superlattices" Journal of Luminescence(投稿予定).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Similarity of exciton dynamics in GaAs/AlAs short-period superlattice and alloy" Proc. 19th Int. Conf. on Physics of Semiconductors (Warsaw, 1988) p.411.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Hole burning of free exciton line in GaSe" "Ultrafast Phenomena VI" (Springer, 1988) p.229.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shuji Asaka: "Ultrafast fluorometry using temporally incoherent light" "Ultrafast Phenomena VI" (Springer, 1988) p.375.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Ultrafast two-laser pump-probe experiment using temporally incoherent lights" Appl. Phys. Lett. 54 978 (1989).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Pressure effects on indirect excitons in AlAs/GaAs ultra-thin superlattice" Semicond. Sci. Tech. 4 265 (1989).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Indirect excitons in GaAs/AlAs short-period superlattices" Solid State Physics (Kotai Butsuri) 24 482 (1989).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "Population and phase relaxations of quasi-two dimensional excitons in GaSe: Femtosecond photon echoes and luminescence decay measurements" J. Luminescence 45 409 (1990).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Atsushi Hasegawa: "Femtosecond relaxation dynamics of hot carriers in CdSe" J. Luminescence 45 192 (1990).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fujio Minami: "X-GAMMA scattering in short-period GaAs/AlAs superlattices" J. Luminescence.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より