2022 Fiscal Year Annual Research Report
マルチ軸機械歪を印加した超高歪ウルトラ薄膜化ゲルマニウムによる室温電流注入光利得
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20H02635
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金崎 順一 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80204535)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超薄ゲルマニウム / 多軸応力 / 超高歪 / 疑似直接遷移化 / 室温電流注入光利得 / 共振器ポラリトン / 高正孔移動度 / バレー間音響フォノン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
精密制御した多軸高機械歪下における超薄ゲルマニウムの室温電流注入光利得発生とレーザー発振を目指した。最有力とされるゲルマニウムの間接・直接バレー反転は、IV族レーザー実現に向けた有効な戦略でありながらも発光波長の赤外シフトという原理的問題を抱えていた。一方、量子閉じ込めによるバンド制御が注目される中、格子不整合や相互拡散など低次元構造特有の課題を克服する必要があった。そこで既存路線とは一線を画し、格子整合に過度に依拠しないタイプのIV族半導体結晶構造に注目した。薄膜の直接接合・超高精度エッチングとインターカラント介在エピタキシーとを融合して構築した新基軸の超薄ゲルマニウムを対象に、異方性超高歪の印加技術を駆使して疑似直接遷移化・電流駆動の室温光利得発生の足がかりを得るべく模索した。まず、超薄ゲルマニウムにおける歪による直接バンド端変調を精査すべく、静的な異方性機械歪印加機構の開発を試みた。その後、動的応力による過渡的反転分布の形成促進を検討した。次いでガンマ点直接バレーの励起子を共振器ポラリトン化する目的で誘電体積層共振器へのGe活性層導入を試みた。この際、構造制御が容易で高散逸でもポラリトン凝縮が生じるモデルシステムとして有機分子を選別し、バット結合による強・弱結合の達成条件を調べた。一方、Ge類似物質とGeの次元クロスオーバー型の新規ハイブリッド構造界面近傍ではイオン化不純物散乱が抑制される結果、変調ドーピングなしに極めて高い正孔移動度が得られ、磁気抵抗の量子振動が観測された。また、ドーピング不要な電流注入のためインパクトイオン化による電流駆動を試みた。これらと並行して活性領域の構造制御性を分光学的に調べた。直接遷移端電子の超高速過渡応答をスピン敏感蛍光相関法、2光子光電子分光により捉えることでバレー間音響フォノン散乱を用いて電子状態が制御できる可能性を新たに見出した。
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| Research Progress Status |
令和4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 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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