フェムト秒時間分解光電子分光を用いた半導体における励起電子の超高速緩和ダイナミクスの研究

摘要

Si を基盤物質とするエレクトロニクス分野のみならず,太陽電池に代表される光エネルギ一変換,TiO_2の光触媒機能,さらには2014年度のノ 一ベル賞に輝く青色発光ダイオ一ドに代表されるオプトエレクトロニクスなど,現代文明を支える科学技術において,半導体の諸機能は極めて重要な役割を果たしている.その高い機能性の第一の基礎は,半導体物質の多様性である. Si等の単原子物質をはじめ,化合物半導体,3 元系結晶,2 次元系物質など多様な物質群が,高次機能開拓に強固な物質基盤を提供している.第二の基礎は,非平衡結晶成長から出発した構造制御技術の展開であり,ナノテクノ ロジ一は格段にその手法を発展させ,半導体の機能性を飛躍的に高めた.そして,第三の基礎は,半導体物理学の発展であり,量子力学的基礎の上に諸物性の正確な把握が可能になりっっある. しかし,学問の進展は瞬時的ではなく,研究手法,物質,概念の発展に触発されっっ,長期にわたる研究の成果とその集大成にょって実現される.本稿では,半導体物理学における一トピックである励起電子系の超高速動力学を対象とするが半世紀以上におょぶ世界中の研究者の精力的な研究にもかかわらず,いまだ最も基本的な諸点で未解明の課題が残されている. その問題点が何であるのか? どうすればその解明が可能か?従来の研究手法の制限を打破すベく新たな実験手法を適応してその解明を図る一っの試みとして,ここでは,時間分解光電子分光法を用いた半導体キャリア動力学研究の最近の進展を解説する.