フォトン走査トンネル顕微鏡による非線形光学応答の観測

使用光子扫描隧道显微镜观察非线性光学响应

基本信息

批准号：
07740270
负责人：
斎木敏治
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Kanagawa Academy of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体量子構造において,その発光寿命や非線形感受率をフォトン走査トンネル顕微鏡を用いて観測することを考える.ただしこの場合,プローブの励起・検出感度が最も深刻な問題となる.これを克服するためには,高効率プロープの作製が最重要な課題である。先鋭化ファイバ・プローブに金属膜をほどこすことによって微小開口を作製する場合,先端までの光の伝達効率はプローブの形状に大きく依存する.先端角および導波部分の長さの異なるプローブに対して、それらの伝達効率の開口径依存性を測定した結果,金属クラッド導波路のカットオフ領域の長さが先端角の小さなプローブほど長くなり,光量の大きな減衰をもたらしていることが明らかとなった.この結果をもとに実験上の操作性も考慮して,プローブ形状の最適化をおこなった.光ロスの小さい領域を十分長くとり,カットオフ径以後は極力短くなるように工夫してある.このような形状のプローブについて伝達効率を評価した結果,従来のプローブに比べ、1桁以上の効率の向上が達成された.さらに上記の最適化プローブを用いた半導体素子の空間分解分光のデモ実験として,横方向p-n接合における遷移領域の位置,幅,発光特性などの評価をおこなった.特に接合領域内に不純物濃度の乱れや内部電場の不均一性に起因すると思われる局所的な発光強度の変化が検出された.ここで,局所励起と局所検出を同時におこなうことにより,300nm程度の分解能が得られた.この大きさは,キャリアの拡散距離よりも十分短いものとなっており,本実験で開発したプローブが分解能,感度の点で優れていることを示している.今後は,低温における半導体量子構造の発光寿命,非線形感受率を同様のプローブを用いて測定する予定である.

考虑使用光子扫描隧道显微镜观察半导体量子结构的发射寿命和非线性灵敏度。但是，在这种情况下，探针的激发和检测灵敏度是最严重的问题。为了克服这一点，制造高效探测是最重要的问题。当通过将金属膜应用于锐化的纤维探头来创建小光圈时，向尖端的光传输效率在很大程度上取决于探针的形状。对于具有不同尖端角度和波导长度的探针，发现金属clad波导的截止区域的长度对于较小的尖端角度变长，从而导致光量的衰减更大。基于此结果，我们考虑了实验可操作性，优化了探针的形状。截止直径后，光损失较小的区域足够长，较短。评估了这种类型的探针的传输效率，并评估了探针的传输效率，与常规探针相比，结果是一个以上的数量级。此外，作为使用上述优化探针的半导体设备空间分辨光谱的演示实验，我们评估了横向P-N连接中过渡区域的位置，宽度和发射特性。特别是，在连接区域内检测到局部排放强度的变化，被认为是由于内部电场的杂质浓度和不均匀性引起的。在这里，同时进行局部激发和局部检测，导致分辨率约为300 nm。这种尺寸比载体扩散距离短，表明该实验中开发的探针在分辨率和灵敏度方面都优越。将来，我们计划使用相似的探针在低温下测量半导体量子结构的发射寿命和非线性灵敏度。