NGaAs .


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n 型ドープ GaAs 量子細線の 発光および発光励起スペクトル測定. 東京大学物性研究所 ,CREST ( JST ) ,Bell Lab 井原章之 , 早水裕平 , 吉田正裕 , 秋山英文 , Loren N.Pfeiffer,Ken W.West. 1、背景と目的 2、サンプルの構造 3、細線のPL・PLE測定. 4、低電子濃度のPL・PLE 5、高電子濃度のPL・PLE 6、2次元系との比較 7、まとめ. 吸収スペクトルの吸収端がべき的に発散するという効果 ( Fermi Edge Singularity )が観測された。
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n 型ドープ GaAs 量子細線の 発光および発光励起スペクトル測定 東京大学物性研究所 ,CREST ( JST ) ,Bell Lab 井原章之 , 早水裕平 , 吉田正裕 , 秋山英文 , Loren N.Pfeiffer,Ken W.West 1、背景と目的 2、サンプルの構造 3、細線のpl・ple測定 4、低電子濃度のpl・ple 5、高電子濃度のpl・ple 6、2次元系との比較 7、まとめ

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吸収スペクトルの吸収端がべき的に発散するという効果 ( Fermi Edge Singularity )が観測された。 G. D. Mahan, Phys. Rev. 153 (1967) 882. 背景と目的 バルク金属の X 線吸収測定 二次元系  半導体量子井戸における発光・吸収スペクトルの電子濃度依存性の測定で、 多体効果を反映した特長を観測。  一次元系  我々のグループは過去に、ドープ単一 T 型量子細線における発光スペクトルの電子濃度依存性を測定。 H. Akiyama et. al. Strong State Commun. 122 (2002) 169 量子細線における PL ・ PLE スペクトルの電子濃度依存性の測定

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分子線エピタキシ・   へき開再成長法で作製  stem 電子濃度 1×10 11 cm - 2 ゲート電圧( Vg ) 0.0 ~ 0.8V wire 電子濃度 0 ~ 4×10 5 cm - 1 arm 電子濃度 0 ~ 1.3×10 11 cm - 2 温度 液体ヘリウム温度( 5K ) サンプルの構造

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細線の PL ・ PLE 測定 PLE 測定の S/N 比を向上させるために、実験配置は右図のようにした。 下図は、ゲート電圧を Vg=0.15V にした ときの PL ・ PLE スペクトル。 LH : light gap HH : substantial gap wire HH PLE arm LH stem LH arm HH PL stem HH Photon Energy (eV)

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低濃度側 PL PLE 0.4V 大 ゲート電圧 Vg=0.0V ~ 0.4V ③ 0.3V ② 電子濃度 0.2V ①neutral exciton (exciton) ②charged exciton (trion) ③FES ① 0.15V n 1D ③ 0.1V 小 0.0V Photon Energy (eV) 理論: M. Takagiwa, T. Ogawa, 2001

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高濃度側 PL PLE ② ① ③ 0.7V ゲート電圧 Vg=0.4V ~ 0.7V 0.6V 0.5V electron plasma 0.4V 0.35V 0.25V ①Fermi Edge ②Band Edge ③ ??? 0.15V Photon Energy (eV)

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E F E F wire well 2 次元系( arm well ) との比較 ( meV ) ( meV ) 1.8 ④ 1.5 exciton 吸収 1.1 ③ 0.8 ③ ② 0.5 ② 0.2 ① plasma 吸収 ① V. Huard et al. Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 187

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まとめ 一次元ドープ半導体の PLE を、ゲート電圧で電子濃度を変えながら測定したのは今回が初めて。得られた結果のポイントは以下のとおり。 ・ exciton 吸収ピークのブルーシフト・急速な減衰。 ・ trion 吸収ピークはシフトせず、急速に減衰する。 ・ FES の特徴である、べき的減衰の傾向。 二次元系における PLE スペクトルの電子濃度依存性も測定し、上記の傾向が次元に依って異なることが分かった。

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光学系

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計算 理想2次元系 理想1次元系 PL and PLE power [arb. Uuits] Photon Energy (eV) M. Takagiwa and T. Ogawa, 2001

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exciton のシフト 0.14V 3.5meV/V 0.12V exciton のピークのうち、一番左側にある大きなピークのシフトの大きさは、 3.5meV/V だった。 Plの幅から見積もった E F の大きさについても ΔE F ~3.5meV/V であり、 exciton のピークシフト 0.10V 0.08V 0.06V 0.04V 0.02V 0.0V

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他の2次元系 G. Yusa et. al., Phys. Rev. B 62 (2000) 15390 V. Huard et al. Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 187

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