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

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n 型型型型 GaAs 型型型型型 型型型型型型型型型型型型型型型型 型型型型型型型型型 ,CREST JST ,Bell Lab 型型型型 , 型型型型 , 型型型型 , 型型型型 , Loren N.Pfeiffer,Ken W.West 1、 introduction 2、 sample 3、 PL and PLE of wire 4、 electron density d ependence 5、 wire / arm well 6、 Theory 7、 conclusion and pro blems

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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、 introduction 2、 sample 3、 PL and PLE of wire. 4、 electron density dependence 5、 wire / arm well 6、 Theory 7、 conclusion and problems. introduction. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 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

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、 introduction

2、 sample

3、 PL and PLE of wire

4、 electron density dependence

5、 wire / arm well

6、 Theory

7、 conclusion and problems

Page 2: 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

introduction

Low dimensional electron system

Fermi Edge Singularity in 1D system ?

1D Luttinger Liquid ?

Photoluminescence (PL) and PL Excitation (PLE) Spectra in an n-type doped 1D Quantum Wire

Electron density dependence of

Page 3: 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

sample grown by CEO with MBE stem electron density

 1×1011 cm-2

Gate Voltage( Vg)  0.0~ 0.8V

wire density 0~ 4×105 cm-1

arm density 0~ 1.3×1011

cm-2

Temperature

  5K (Liquid He)

Page 4: 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

PL and PLE of wirePLE ~

same information with absorption spectrum

1.55 1.57 1.59 1.61 1.63 1.65

wire HH

PLE

PLstem

LH

stem HH

arm HH

Photon Energy (eV)

arm LH

PL

and

PLE

Inte

nsity

(ar

b.un

its)

1.5721.5681.564

Photon Energy (eV)

LH: light hole

HH: heavy hole

Vg=0.15V

Page 5: 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

electron density dependence

1.5721.5681.564Photon Energy (eV)

PL

and

PLE

Inte

nsity

(ar

b.un

it)

1.5721.5681.564Photon Energy (eV)

0.0V

0.1V

0.15V

0.2V

0.3V

density

density

nn1D1D

HH

LL0.3V

0.35V

0.4V

0.5V

0.6V

0.7V

ω2

ω1

BE FE

FES

?PL PLE

(arb

. uni

ts)

Page 6: 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

PL

and

PLE

Inte

nsity

(ar

b.un

it)

1.5701.5681.566

Photon Energy (eV)

Trion Binding Energy

ω2ω1

PL PLE

excitation

0.0V

0.1V

0.15V

2.04meV2.33meV

1.97meV

EB

(arb

. uni

ts)

EB ~ 2meV

Page 7: 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

1.574

1.572

1.570

1.568

1.566

1.564Pea

k En

ergy

(eV

)

0.80.60.40.20.0

Voltage

PLE peak shift and PL width

h

eF m

mE 1

ω2

ω1

Band Edge (70% height)

Fermi Edge (70% height)

PL PLE

Page 8: 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

1.574

1.572

1.570

1.568

1.566

1.564Pea

k En

ergy

(eV

)0.80.60.40.20.0

Voltage

wire / arm

1.586

1.584

1.582

Pea

k En

ergy

(eV

)

0.80.60.40.2

Voltage

PL a

nd P

LE In

tens

ity (a

rb.u

nits

)

1.5881.5841.580

Photon Energy (eV)

wire

arm

ω2

ω1

ω2

ω1

ω2ω1

BE

FE

PL PLE

Band Edge (70%)

Fermi Edge (70%)

h

eF m

mE 1

1.5meV

Page 9: 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

4

3

2

1

0

Ener

gy (m

eV)

0.80.60.40.20.0

Voltage

EF

4

3

2

1

0

Ener

gy (m

eV)

0.80.60.40.2

Voltage

EF

Theory wire

arm

EB ~2meV

(ω2 ー ω1)

(ω2 ー ω1)

~ 1.5meV 1)( I

00    0

1

)( 21

awhere

EaE BF

  

How does FES change with EF ?

Peak shift

Line shape

EB

(ω2 ー ω1)

Page 10: 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

Conclusion and problems

We succeed to get electron density dependence of 1D PLE which differs from 2D PLE !!

1. Monolayer fluctuation ?

2. High electron density ?

3. Higher binding energy ?

4. Lower temperature ?

We are just doing the process of new samples !!

Page 11: 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

stage

Page 12: 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

dataPL

and

PLE

Inte

nsity

(ar

b.un

it)

1.5841.580Photon Energy (eV)

~ 1.5meV PL a

nd P

LE In

tens

ity (a

rb.u

nits

)1.5881.5841.580

Photon Energy (eV)

Page 13: 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

PL a

nd P

LE In

tens

ity (a

rb.u

nits

)

1.5881.5841.580

Photon Energy (eV)

data

PL

and

PLE

Int

ensi

ty (

arb.

units

)

1.5761.5721.5681.564

Photon Energy (eV)

1.1

0.8

0.2

1.5

1.8

0.5

EF

( meV)

1.1

0.8

0.2

1.5

1.8

0.5

EF

( meV)

V. Huard et al. Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 187

arm wire

Page 14: 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

PL

and

PLE

Int

ensi

ty (

arb.

units

)

1.5701.5681.566

Photon Energy (eV)

Data - wirePho

tolu

min

esce

nce

Inte

nsity

(ar

b.un

it)

1.56751.5650Photon Energy (eV)