半導体量子構造における表面音響波を用いた電子・光物性制御

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20360038
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松田 理 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 准教授 (30239024)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): WRIGHT O・B 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90281790) ; 友田 基信 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30344485)
• Keywords: 半導体量子井戸 / フォトルミネッセンス / 表面音響波 / キャリア輸送 / 超高速分光 / 圧電性 / 励起子 / イメージング

Research Abstract

本研究の目的は、超短光パルス照射にようて半導体試料に励起された表面音響波を用いて、半導体試料中の励起子を自在に輸送し、またその励起子の寿命を制御する手法を開発・発展させることである。半導体量子井戸層を表面近傍に持つ試料における表面音響波は、6量子井戸層の伝導帯および価電子帯エネルギー準位を変調し、光励起された励起子を面内方向に閉じ込め輸送する動的なポテンシャル井戸を形成する。変調された伝導帯・価電子帯ポテンシャルの山同士・谷同士が同じ位置にできる場合は、励起子を構成する電子と正孔が空間的に分離され励起子の寿命が著しく増大する。何らかの方法でこの動的ポテンシャル井戸を消滅させることにより、励起子を再結合させることができる。
今年度は、励起子再結合を検出するためのフォトルミネッセンス観測装置の立ち上げを行った。試料を液体ヘリウム温度に保持するクライオスタットと2次元CCD検出器を用いた1次元空間分解能を有する分光システムを構築し、空間分解フォトルミネッセンスの測定を行った。試料としてはGaAs基板およびGaAs/AIGaAs量子井戸構造を用いた。キャリアおよび音響波を励起するためのパルス光を試料上の2本の平行な直線状領域に照射し、発生するフォトルミネッセンスの空間的な分布を調べた。2本の励起領域の間隔は100μmのオーダーで、個別に遮断できるようになっている。1本だけで励起した場合と2本で励起した場合を比較すると、後者の場合の発光効率が低下することを見出した。これは一方の励起部位から伝播する表面音響波が、他方の励起部位の生成キャリアを掠め取っていくことによると考えられる。