1995 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン・ゲルマニウム系半導体量子井戸を利用したレーザ発光素子の開発研究
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07555098
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Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 教養学部, 助教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 達生 東京大学, 教養学部, 助手 (00242016)
伊藤 良一 東京大学, 工学部, 教授 (40133102)
小宮山 進 東京大学, 教養学部, 教授 (00153677)
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| Keywords | SiGe歪混晶量子井戸 / キャビティ量子井戸 / フォノン介在遷移制御 / 時間分解測定 / 励起子効果 / 非フォノン過程自然放出 / 発光寿命短縮 / 誘導放出光発生 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は,SiGe歪混晶量子井戸を利用してSi系半導体におけるバンド間誘導放出光の発生を実現し、Si系レーザ発光素子への応用を試みることである。本年度の成果以下のとおりである。
(1)キャビティ量子井戸
分子線エピタキシ-により、高発光SiGe/Si歪量子井戸のキャビディ構造導入を試みた。埋込SiOx基板の屈折率ステップを積極的に端面鏡に利用し、反射率80%に達するキャビティを実現、室温発光の1ミクロン帯変調に成功した。さらに、結晶成長と熱処理によって遷移確率制御のための多層Si/SiO_2一波長尺度共振器の作製に成功し、1.17-1.3ミクロン反射帯を有する垂直キャビティ量子井戸構造を得た。
(2)キャビティ効果とフォノン介在遷移制御
間接光学遷移のフォノン遷移がキャビディ量子井戸によって制御できる可能性を理論的考察に基づいて検証した。時間分解測定により、フォノン介在、非フォノン遷移間の温度依存性に顕著な違いを見いだし、励起子効果によってバンド端状態から変調された温度特性をもつことを検証。さらに非フォノン過程自然放出が特定の井戸幅においてフォノン介在遷移に先行する効果を見いだし、フォノン抑制効果への足がかりを得た。
(3)誘導放出光発生への方法論構築と検証
励起増大に伴う発光寿命短縮とバンド占有効果を検証し、強励起下のバンドギャップ短縮が電場遮蔽により回避可能であることを見いだした。これにより誘導光放出への準備はほぼ整った。さらに電場制御を狙って、ステップ塑性変調基板を利用した非対称ポテンシャル導入を試みた。その結果、シュタルク効果とともに著しい非常フォノン遷移の増大を見いだした。これが界面局在効果に起因することを示し、フォノン抑制過程の新方法論を構築した。さらに局在励起子系を直接に利用して励起子凝縮系を実現し、励起子分子による新たな誘導放出光発生への先鞭をつけた。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] S. Fukatsu: "Optoelectronics aspects of strained SiGe quantum wells" Journal of Materials Science. 6. 341-349 (1995)
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[Publications] S. Fukatsu: "Luminescence of strained Si_<1-x>Ge_x/Si quantum wells and microstructures" Journal of Crystal Growth. 150. 1025-1032 (1995)
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[Publications] S. Fukatsu: "Cavity mode iuminescence of strained Si_<1-x>Ge_x/Si quantum wells grow on a buried-oxided substrate" Journal of Crystal Growth. 150. 1055-1059 (1995)
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[Publications] S. Fukatsu: "Quantitative analysis of light emission from SiGe quantum wells" Journal of Crystal Growth. 157. 1-10 (1995)
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[Publications] S. Fukatsu: "Improved luminescence quality with asymmetric confinement potential in type-II strained Si-based quantum wells grown on relaxed SiGe buffer" Journal of Vacuum Science and Technology. B14(May/June)(to be published). (1996)
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[Publications] Yukari Ishikawa: "Fabrication of higly-oriented Si:SiO_2 nanoparticles using low energy oxygen ion implantation during Si molecular beam epitaxy" Applied Physics Letters. 68(to be published). (1996)
