Fig. 1 Les ondes de contrainte acoustiques sont générées optiquement, propager, et émettent des ondes THz dans l'espace libre à la surface. (crédit :Université d'Osaka)
Une équipe de chercheurs de l'Institut d'Ingénierie Laser, Université d'Osaka, en collaboration avec l'Université de Bielefeld et l'Université technique de Braunschweig en Allemagne, s'est rapproché de la complexité de la réponse optique des puits quantiques multiples de semi-conducteurs à large bande interdite et de la façon dont les vibrations du réseau à l'échelle atomique peuvent générer une émission térahertz dans l'espace libre. Leur travail fournit une avancée significative vers l'application des microscopes à émission laser térahertz à la nano-sismologie des dispositifs quantiques à large bande interdite.
Les ondes térahertz (THz) peuvent être générées par des processus ultrarapides se produisant dans un matériau. En regardant l'émission THz, les chercheurs ont pu étudier différents processus au niveau quantique, des simples semi-conducteurs en vrac aux matériaux quantiques avancés tels que les puits quantiques multiples (Fig.1).
Le groupe de recherche THz dirigé par le professeur Masayoshi Tonouchi à l'Institute of Laser Engineering, Université d'Osaka et son doctorat. étudiant Abdul Mannan, avec les collaborateurs internationaux Prof. Dmitry Turchinovich à l'Université de Bielefeld et Prof. Andreas Hangleiter à l'Université technique de Braunschweig, a mesuré la réponse multifonctionnelle dans des puits quantiques multiples (MQW) enfouis GaInN/GaN qui inclut l'effet de filtrage dynamique du champ intégré à l'intérieur des puits quantiques GaInN, oscillation de charge capacitive entre les puits quantiques GaN et GaInN, et des faisceaux d'ondes acoustiques lancés par la libération de contraintes entre GaN et GaInN. Toutes ces fonctions peuvent être surveillées en observant l'émission THz dans l'espace libre. En outre, il a été prouvé que les ondes acoustiques propagées fournissent une nouvelle technique pour évaluer l'épaisseur de structure enterrée dans des dispositifs à la résolution de 10 nm à l'échelle de la plaquette, faisant de la nano-sismologie une application LTEM unique pour les dispositifs quantiques à large bande interdite.
Fig. 2 (a) Les MQW pris en sandwich par les couches de GaN sont examinés par spectroscopie d'émission THz en espace libre. (b) Forme d'onde d'émission térahertz typique à partir d'échantillons MQW. (crédit :Université d'Osaka)
Sonder des structures enterrées dans des dispositifs opto-acoustiques à ultra-haute résolution est encore un domaine de recherche inexploré. Dans le travail present, L'émission électromagnétique THz à commande acoustique dans l'espace libre est utilisée pour sonder les MQW GaInN/GaN pris en sandwich dans le matériau GaN (Fig.2 (a)). La dynamique de polarisation induite par laser des porteurs de charge entraîne une libération partielle de phonons acoustiques cohérents (CAP) dans GaInN/GaN MQW. Cette impulsion CAP se propageant au sein d'un matériau crée le paquet d'onde de polarisation électrique associé. Une fois que l'impulsion CAP de propagation rencontre la discontinuité de l'impédance acoustique ou de la constante piézoélectrique au sein de la structure, cela conduira au changement transitoire de la polarisation électrique associée, qui sert de source d'émission électromagnétique THz à commande acoustique dans l'espace libre. La séparation temporelle entre la dynamique de polarisation ultrarapide dans GaInN/GaN MQW et l'émission THz à commande acoustique donne l'épaisseur du milieu de propagation CAP (nano sismologie) (Fig.2(b)).
L'équipe de spécialistes organisée pour la spectroscopie d'émission THz, science opto-THz, et la science des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite/puits quantiques a fait un pas important vers la caractérisation dynamique 3D, y compris les couches actives enterrées dans divers matériaux et dispositifs. "Un outil actif 3D pour caractériser la dynamique des porteurs ultrarapides, physique des contraintes, dynamique des phonons, et les réponses diélectriques ultrarapides localement sans contact et de manière non destructive sont devenues un domaine de recherche essentiel pour de nouveaux matériaux et dispositifs. Nous espérons que le présent travail contribue à une telle évolution, " dit le Pr Masayoshi Tonouchi.
