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半導体の屈折率について

1 :Help me:02/01/15 17:39 ID:t5ysEO9m
どうしても分からないことが・・・
かなり細かいことですが・・・
半導体で屈折率(n)とキャリア密度(N)との間にはn=-a*N(aは定数)なる関係があります。
これによると、キャリア密度が増えると屈折率は小さくなるわけですが、
キャリア密度が増えて屈折率が大きくなることは考えられませんか?
もし、そんなことがあるとしたらどんな理由からでしょうか?

2 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/15 17:41 ID:Re+Ut2FM
2

3 :Help me:02/01/15 20:53 ID:t5ysEO9m
そんなことありませんか・・・???

4 :誘導:02/01/15 21:00 ID:???
http://cheese.2ch.net/test/read.cgi/sci/1006423654/l50

5 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/15 21:04 ID:???
何をしたかによると思うが。
注入電流増やしたの?

6 :5:02/01/15 21:05 ID:???
>>4
そうだな。

7 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/15 21:10 ID:+vx7SnNq
キャリア濃度が変わると、屈折率が変わる???
バルクの屈折率はそんなに大きく変わらないぞ。
分光エリプソで誘電関数を測定しても、
キャリア濃度の違いは特異点で僅かに見える程度。
でも、「n=-a*N(aは定数)なる関係」は
聞いたことが無い。

8 :Help me:02/01/15 23:02 ID:t5ysEO9m
>>4 申し訳ないです。このスレなれていないもので、気づきませんでした。
>>5 >>6 >>7 電流注入ではありません。光励起によるものです。つまり、価電子バンドから伝導バンドへのキャリア励起時に生じる屈折率変化を考えています。
先程の式はあまりにも単純化してしまったかもしれません。
キャリア数の変化儂と屈折率変化冢との関係が
冢=-a儂
なる関係になるはずです。
GaAsでキャリア数が10^18程度では、この関係が成り立つと思うのですが、儂が非常に小さい時はどうなのでしょうか?

9 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/16 04:32 ID:iBhlL3L5
>>8
もう少し詳しい話を聞かせてもらえれば
何か答えられるかも。

Δn/ΔNが定数になるという話?
出元は何?
スペクトル依存性は?
それともある波長でということ?
波長といっても透過域と吸収域でまた違う。

光励起というけど、考えてる励起光の強度というか、
パワーがどの位かにもよるのでは?
実験の経験から言って、相当強い励起光かと。

10 :Help me:02/01/16 09:58 ID:r+AfDxZg
>>9 説明不足ですみません。
キャリア励起に用いる光は405 nm、100W/mm^2ぐらいの光です。見積もると儂が10^17-10^18になります。
ただ、光励起かどうか?はあまり問題ではなく、GaAsの屈折率の自由キャリア依存性を知りたいと思いました。
媒質中での屈折率の話なので、スペクトル(周波数)依存性はあると思いますが、今回は1.4eVぐらいの光に対す驪折率を考えています。
出元は・・・公開されている論文なので問題ないと思うので書きます。・・・J.Appl.Phys. 51(8), 4365 (1980)です。
儂が小さい時、冢が正になっています。

11 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/16 20:18 ID:???
でかい口たたいたが分からなかたーよ。
>405 nm
バンドの上のほうなのね。
>>1に書いてあるようなキャリア依存性は吸収飽和によるものだと思うけど、
上のほうになるとスペクトルの形も違うだろうし緩和も速そうなので、
部外者にはとても見当がつかないよ。
吸収帯のど真ん中なら、加熱による膨張も関係あるかもしれないが。

12 :Help me:02/01/16 21:09 ID:r+AfDxZg
回答ありがとうございます。
文章が下手ですみません。405 nmの波長の光はキャリアの励起にしか使いません。
>>10 にも書いたのですが、対象としている光は1.4eV付近の光、つまり、波長で言うと900 nm付近の光です。
まさにEgかそれよりもう少し小さいエネルギーの光です。
この光に対して、キャリア密度に対する屈折率の変化を知りたいのです。
特に冢が正になる場合です。よろしくお願いします。

13 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/17 00:01 ID:???
プローブ波長が1.4eVってのは分かる。
それじゃないと光が通らないもんね。
上に書いたのはポンプ波長も非常に重要という話。
文献探すか、実験配置考え直したほうが早いのでは。

14 :7=9:02/01/17 00:01 ID:4luB+Gpv
>>10
すまん、OJPSへ行ったけど、そのJAPはアブストしか読めなかった。
多分、理論の論文なんだろうけど、どういったモデルなのかってことは
やはりアブストには書いてなかったので・・・。

しかし、その励起光、結構、大パワーだと思う。
で、そんだけ強い励起をすると、
自由電子吸収に近いくらいの高キャリア濃度に
なるのかな?

10^18程度のキャリア濃度といえば、
ちょうど、n型のGaAs基板くらいのキャリア濃度だけど・・・。
このn-GaAsとドープされていないi-GaAsの誘電関数を比べても、
殆ど変わらないんだよ。

自由電子による吸収なら、普通はDrudeモデルって話なんだが、
それじゃ駄目ってことなのかな?

めちゃくちゃ励起された場合は自由電子吸収による誘電応答の
寄与が大きくなるので、バルクとしてのGaAsの
みかけの誘電関数が大きく変化、つまり大きな屈折率変化に
なるということかな?

特に、1.4eVというと、ほぼGaAsのE0に近いところ。
つまり、キャリア励起による吸収が無い場合、
誘電関数の虚部はほぼゼロ。
透過域ですな。

もし、強い励起光で発生したキャリアによる吸収が、
この1.4eV付近にあるのであれば、誘電応答の変化(屈折率変化)の
虚部については、このキャリアによる吸収分が支配的ってことに。

ただ、そんだけ強い励起光となると、当然「熱く」なる。
どれだけ、熱くなるかにもよるが、温度が変われば、誘電関数も変わる。

・・・うーん・・・わからん。
実験屋には難しい話だ。
Drude項って確か符号は負だったような・・・。
Δnが正とは・・・?

アブストにも、ちらっとあったけど、新しいモデルみたいなこと
言ってたから、Drudeで考えること自体、アウトってことなんだろうか?


すまん、だらだら、書いたが、俺もよう分からん。
だが興味があるので、もう少し詳細を希望。

15 :Help me:02/01/17 11:42 ID:cHT/vCnY
>>14 確かにこの手の研究は1970-1980年台に盛んに行われていたようで、実験はn-,p-GaAsを使って行っていたようです。
光によって励起されるキャリア密度の見積りは、キャリアの寿命にもよるので正確な値とは言えません。
10~17程度かもしれません。

先程挙げた論文・・・
「これまでの解析では、注入キャリア儂nにともなう屈折率の変化は比例し、その比例定数はplasma effectと吸収端のBurnstein shiftを含んだものである」というのが導入部分。
theoretical Frameworkとして「using a modified Kramers-Kronig analysis of a theoretical absorption coefficient calculation using Stern's treatment.」とのこと。
続けて、「この計算は自由キャリアによるバンドギャップ縮小、bandtailに注入されたキャリアの影響を説明するものである」と書かれています。
「Band-to-Band absorptionに加えてlattice absorptionとintra and interband absorptionを計算に含めた。」と。
彼らの計算によると、儂が*10~17では冢が正になるのです。儂が*10^18ではほぼ線形に冢が儂に対して減少しております。
そこで、冢が正になる領域は何が原因かと・・・。
冢が正になるのであれば、説明のつく問題がありまして・・・。

>温度が変われば誘電関数も変わる。
について、参考文献などご存知でしょうか?もし、よろしければ教えていただきたいのですが。
お願いします。


16 :Help me:02/01/18 11:39 ID:Fvq43KM5
下がってしまいそうなので、書きこみます。
宜しくお願いします。

17 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/20 16:40 ID:15VPTGAs
どうなった?

18 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/21 18:41 ID:lzRDJYZq
age

19 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/22 01:35 ID:???
>この光に対して、キャリア密度に対する屈折率の変化を知りたいのです。
キャリア注入に光、それも405 nmの光を使う意図がよく分からん。



20 :Help me:02/01/23 03:30 ID:DD0wxvf7
書きこみありがとうございます。
キャリア注入に光を使う理由は・・・媒質中を伝搬する光を別の光で変調させたいから。
405 nmの光を使う理由は、吸収係数が大きいため、より多くのキャリアを励起できると考えたから。

問題としているのは、屈折率のキャリア密度依存性なので、キャリアの励起の方法は問題ではないと考えています。
電流注入でももちろんOKです。その場合、当然、不純物をドープしたGaAsでという話になります。
結局、屈折率が正になることはあるのでしょうか???
お願いします。

21 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/23 06:22 ID:???
>問題としているのは、屈折率のキャリア密度依存性なので
ここで考え違いをしてると思うんだな。
屈折率が変わる機構をきちんと考えないととダメだろう。
>結局、屈折率が正になることはあるのでしょうか
論文の主張は不明だが十分ありえる。理由は
>上のほうになるとスペクトルの形も違うだろうし緩和も速そうなので、
ということ。これで材料はそろったはずなので、後は考えてくれ。
2chでこれ以上のことを期待するのは酷というものだ。

22 :ご冗談でしょう?名無しさん:02/01/24 05:50 ID:???
>>20
半導体に限らず、光学結晶で強力な光励起を行い、状態密度を変えると
屈折率が微妙に変化する現象は、昔からよく知られています。屈折率が
急激に変化し、媒質中を伝搬する光の波長が短波長または長波長側に
「鳥がさえずるように」シフトするので、「チャーピング」(chirping)と
呼ばれています。状態密度と屈折率の関係は、激しく研究されている分野
なので、(半導体とは機構が違うかもしれませんが)調べてみてはどうで
しょうか。

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