1996 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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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 達生 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (00242016)
伊藤 良一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40133102)
小宮山 進 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (00153677)
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| Keywords | 間接遷移型半導体 / Si / Ge量子井戸 / Si / SiO_2-波長共振器 / 自然放出制御 / 発光寿命 / 0次元閉じ込め / フォノン介在遷移抑制 / 仮想遷移 |
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| Research Abstract |
本研究では、SiGe歪混晶量子井戸を利用してバンド間誘導放出光の発生を目指した。最終年度では、垂直共振器量子井戸を拡張し、多層エピタキシャルSi/SiO_2-波長共振器の作製に成功した。共振器垂直出射、端面出射の発光寿命には有意な差が認められ、自然放出光制御が間接遷移物質でも実現可能であることを示唆する結果を得た。
フォノン介在遷移の制御理論をさらに前進させ、3次元閉込め系における間接バンド解消を提唱した。これをSi/Geタイプ-II型量子井戸の自己形成量子ドットと組み合わせ、フォノン介在遷移をキャビティなしでも実現可能であることを初めて提唱、これを実験的に検証した。3次元島とハートレーポテンシャルで達成される0次元閉じ込め系での、完全フォノン遷移抑制を実現できることを直接的に示した。このほか、デバイス物理の観点から時間分解測定により、浅い閉じ込め系における引力"壁"の概念を創出、検証し、従来のポテンシャルブロッカの概念を刷新した。
さらに、へき開面を利用した共振器を作製し、自然放出モードTE,TM波の端面発射特性から非フォノン、フォノン発光に大きな差異を見出し、k-空間仮想遷移が両過程で異なることを発見した。また、SIMOX系縦型キャビティの利用により光キャリア分離閉じ込め構造での導波を容易にした。このほか、自由キャリア吸収は比較的弱いことを確認、遷移強度の弱さからバンド端縮小、励起子イオン化などが強励起下条件で顕著になることを実験、計算から確認した。
誘導放出は観測されなかったが、間接遷移とは選択則の異なるSi/Ge量子井戸励起子分子系でのゲインを示唆する結果を見出すとともに、間接遷移物質の本質を改変する技術を確立することができ、SiGe系レーザ構造における反転分布形成とそれに続くレーザ発振への確実な足がかりを掴んだ。
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[Publications] Y.Miyake: "Absence of Stark shift in strained Si_<1-x>Ge_x/Si type-1 quantum wells" Applied Physics Letters. 68(15). 2097-2099 (1996)
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[Publications] N.Usami: "Origin of no-phonon luminescence enhancement in Si-based neighboring confinement structures" Applied Physics Letters. 68(17). 2340-2342 (1996)
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[Publications] Y.Kishimoto: "Effcient carrier blocking by an attractive potential in strained Si_<1-x>Ge_x/Si quantum well" Applied Physics Letters. 69(5). 635-637 (1996)
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[Publications] Yukari Ishikawa: Applied Physics Letters. 69(25). 3881-3883 (1996)
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[Publications] Y.Miyake: "Influence of disorder on luminescence from pseude-randomized strained Si_<1-x>Ge_x/Si superlattices" Applied Physics Letters. 69(26). 3972-3974 (1996)
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[Publications] S.Fukatsu: "Dynamical behavior in a shallow quantum confinement system" Thin Solid Films. (to be published). (1997)
