II-VI族半導体歪超格子のレーザー光物性

II-VI族半导体应变超晶格的激光光学特性

基本信息

批准号：
04205015
负责人：
舛本泰章
金额：
$ 1.15万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

ワイドギャップII-VI族化合物半導体を用いたCdZns-ZnS歪量子井戸構造は、CdZnS混晶井戸層の組成比を変化させることにより、そのバンド端を紫外〜青色波長領域まで変化させることが可能な材料である。従って、光半導体デバイス(発光ダイオード、レーザ等)の短波長化を進めていく上で最も有望な材料系の1つであると考えられる。実際、減圧MOCVD法により作製されたCd_xZn_<1-x>S-ZnS歪量子井戸構造を光励起することにより室温において紫外誘導放出光が、観測された。混晶井戸層のCdの組成比がx=0.11,x=0.22,x=0.31の時、各試料において観測された誘導放出光は、357.2nm,374.9nm,390.2nmに位置し、誘導放出に対する励起パワー密度のしきい値は、46kw/cm^2,64kw/cm^2,79kw/cm^2であった。このように、Cd_xZn_<1-x>S-ZnS歪量子井戸構造において観測された紫外誘導放出光は、これまでに半導体量子井戸レーザ材料に関して報告されている中では最短波長に位置づけられる。このCd_xZn_<1-x>S-ZnS歪量子井戸構造におけるレーザ発振機構に関しては、その光学利得の生成に励起子が関与していることがナノ秒パルスを用いたポンプ-プローブ分光法による光学利得スペクトルの測定結果から明らかにされた。そこで、励起子が関与した光学利得の生成機構について現象論的な解析を行い、その光学利得スペクトルを導出した。これは、励起子の位相空間占有効果の概念を不均一広がりを有する系に拡張したものである。即ち、量子井戸層の膜厚や組成のゆらぎに起因して励起子吸収は不均一な広がりを有し、生成された励起子は、より低エネルギー側の状態に局在化する。そして、その励起子吸収の低エネルギー側は状態密度が小さいために、位相空間占有効果により簡単にブリーチング(吸収飽和)し、そこで光学利得が生成されるとして説明される。このモデル解析と、実験結果(励起子共鳴エネルギー位置に対する誘導放出光の観測されたエネルギー位置の低エネルギーシフト量)との比較的良いい一致がみられた。

使用宽GAP II-VI化合物半导体的CDZNS-ZnS紧张的量子井结构是一种材料，可以通过更改CDZNS混合晶体井层的组成比，从紫外线将带边缘从紫外线变为蓝色波长范围。因此，它被认为是缩短光学半导体设备波长（发光二极管，激光等）的最有前途的材料系统之一。实际上，通过CD_XZN_ <1-X> S-ZNS紧张的量子井结构在室温下观察到紫外线刺激的发射。当混合晶体孔层中CD的组成比为x = 0.11，x = 0.22，x = 0.31时，在每个样品中观察到的刺激发射光为357.2nm，374.9nm和390.2nm，刺激发射的激发功率密度为46kW/cm^2,644k/cm^2,644k/cm^2,64,cM^2,64,cM^2,64.cm^2,644.cm^2,64。因此，在CD_XZN_ <1-x> s-Zns紧张的量子井结构中观察到的紫外线刺激发射位于任何先前报道的半导体量子井井材料的最短波长。关于此CD_XZN_ <1-X> S-ZNS紧张的量子井结构中的激光振荡机制，从光学增益光谱的测量结果中揭示了使用泵探针光谱的测量结果，使用nansecond脉冲，使用nansecond脉冲，激发子与激发子参与了光学增益的产生。因此，对产生涉及激子的光学增益的机制进行了现象学分析，并得出了光学增益光谱。这将激子的拓扑空间占用效果的概念扩展到具有不均匀扩散的系统中。也就是说，由于量子井层的厚度和组成的波动，激子吸收的扩散不均匀，并且产生的激子位于较低的能量侧。可以解释说，由于激子吸收的低能量侧的状态密度很小，因此相位空间占用效果很容易漂白（吸收饱和），并且在其上产生了光学增益。在该模型分析和实验结果之间存在相对良好的一致性（相对于激发子共振能量位置，观察到的刺激发射光的能量位置的低能移位量）。