Superfluorescence is a well known phenomenon of spontaneously created macroscopic coherence. Probing superfluorescence emission in semiconductors provides an insight into the cooperative behavior of carriers in the semiconductors. The authors measured photoluminescence of a high density electron-hole plasma generated by an intense femtosecond excitation for the semiconductor quantum well in a strong perpendicular magnetic field. As a result, a spontaneous emission between quantized Landau levels of the electron and hole was observed at low carrier densities (below 12T and 0.01mJ/cm2). As carrier density was increased (in the range 12~14T and 0.01~0.03mJ/cm2), the emission changed to amplified spontaneous emission, which shows characteristics of narrow spectral width and linearly increased intensity. In addition, the characteristics of the emission became directional and superlinear increase for the considerably higher carrier density (above 14T and 0.03mJ/cm2). This result indicates the generation of superfluorescence of the electron-hole plasma.
超蛍光は、自発的に生成されたマクロなコヒーレンスによる現象としてよく知られている。半導体からの超蛍光を調べることにより、半導体中のキャリアのコヒーレントな振る舞いについての知見を得ることができる。著者らは、強い垂直磁場を印加した量子井戸をfsパルスレーザーで励起し、生成された高密度電子-正孔プラズマからの発光を観測した。その結果、著者らは、低キャリア密度(印加磁場12T以下、励起密度0.01mJ/cm2以下)においては量子化されたランダウ準位からの自然放出を観測した。キャリア密度を増加させると(印加磁場12～14T、励起密度0.01～0.03mJ/cm2)、発光は自然放出から線幅が細く積分強度が線形に増加する増幅自然放出に変化した。さらに、キャリア密度を増加させると(印加磁場14T以上、励起密度0.03mJ/cm2以上)、積分強度が非線形に増大する指向性をもった発光が観測された。この結果は、電子正孔プラズマからの超蛍光の発生を示している。