表面電場制御法に基づく超高速光励起過渡現象の解明と制御

基于表面电场控制方法的超快光激发瞬态现象的阐明与控制

基本信息

批准号：
21K03435
负责人：
長谷川尊之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03435/
关键词：
光励起過渡現象テラヘルツ波表面電場半導体超高速分光

项目摘要

本研究は半導体結晶における電子系・格子系の超高速光励起過渡現象を表面電場の観点から探究し、過渡現象の本質解明と制御を目的としている。2022年度の主な研究成果は以下の通りである。表面電場を有するGaAs多層膜構造を対象として、パルス励起したキャリアにより表面電場強度を動的に制御（遮蔽）する方法の開発に取り組んだ。約0.1 nJの制御用パルスを照射した条件において、表面電場強度は約40%まで低下すると見積もられた。また、制御用パルスの強度を変化させることで、その低下量を連続的に制御できることも示した。以上の電場制御性は、過渡現象の研究に適用可能なものである。さらに、制御用パルスの照射タイミングを系統的に変化させた実験から、表面電場強度は約1 psで準安定状態に達することが明らかとなった。この電場変化の時間スケールは過渡現象ダイナミクスのものと同程度であることから、本手法は動的な電場制御という観点で過渡現象の新たな研究展開に結びつくものと期待される。InPにおけるテラヘルツ波放射機構についての研究を行った。ドーピングの種類や濃度の異なる3種類のInP基板を対象にテラヘルツ波時間波形を測定し、それらの位相関係から各試料の表面バンドベンディングの向きを推定した。次に、テラヘルツ波時間波形の励起光強度依存性を測定し、フーリエ変換パワースペクトルに基づいて解析した。その結果、試料間でテラヘルツ波放射応答に差異があることが示された。GaAs多層膜構造との比較考察から、テラヘルツ波放射に寄与する過渡現象が各試料で異なり、それが差異の要因であることを明らかにした。以上の知見は、表面電場と過渡現象との関係性についての理解を深めるものである。GaAs/AlAs量子井戸構造における励起子系の過渡現象についての研究を行った。試料の内部電場や励起光条件を制御した実験から、新規なダイナミクスを見出した。

这项研究从表面电场的角度探索了半导体晶体中电子和晶格系统中的超快光激发瞬态现象，旨在阐明和控制瞬态现象的本质。 2022财政年度的主要研究结果如下：我们致力于开发一种使用脉冲载体动态控制（屏蔽）表面电场强度的方法，靶向具有表面电场的GAAS多层膜结构。据估计，在辐照条件下，对照脉冲约为0.1 NJ，表面电场强度将降至约40％。还表明，通过更改控制脉冲的强度，可以连续控制减少量。上述电场可控性适用于瞬态现象的研究。此外，从系统地改变了对照脉冲的辐射时间的实验，可以发现表面电场强度在约1 ps的情况下达到了亚稳态。由于该电场变化的时间尺度与瞬态动力学相似，因此预计该方法将在动态电场控制方面对瞬态现象进行新的研究。我们对INP中的Terahertz波辐射机制进行了研究。在具有不同掺杂类型和浓度的三种类型的INP底物上测量了Terahertz波浪时间波形，并根据它们之间的相位关系估算每个样品的表面带弯曲的方向。接下来，根据傅立叶变换功率谱测量和分析了激发光强度的Terahertz波浪时间波形依赖性。结果表明，样品之间的Terahertz辐射反应有所不同。与GAAS多层结构的比较考虑表明，每个样品之间有助于Terahertz波辐射的瞬时现象有所不同，这是差异的一个因素。上面的发现提供了对表面电场和瞬态之间关系的更深入的了解。我们研究了GAAS/ALAS量子井结构中激子系统的瞬时现象。从控制样品的内部电场和激发光条件的实验中发现了新的动力学。