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高品質T型量子細線電流注入レーザーの開発及び一次元レーザー物理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 08J00011
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東京大学

研究代表者

岡野 真人  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2009年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2008年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワード低次元半導体 / クーロン相互作用 / 光学利得 / 国際情報交換 / アメリカ:中国 / 光物性 / 半導体レーザー / アメリカ・中国
研究概要

劈開再成長法と成長中断アニール法を用いた分子線エピタキシー成長により均一性の高いT型量子細線レーザー試料を作製した。T型量子細線は直交する2つの量子井戸(ステム井戸およびアーム井戸)の交線部分に形成されるが、電流注入動作を実現するためそれぞれにp型およびn型の変調ドープを行い、電流注入レーザーとした。また光励起レーザーとして、非ドープおよびn型変調ドープ単一量子細線レーザーも作製した。これらの試料の導波路から放出されるASEを計測し、そのスペクトルに現れる振動をCassidy法によって解析し利得スペクトルを得た。電流注入及び光励起によってキャリア注入・生成を行った際の利得スペクトルを系統的に分析・比較することで、キャリア注入過程と細線内に形成される非中性電子・正孔系の分布の様子を明らかにすることができた。
さらに実験で得られた光学利得スペクトルを理解するために静的遮蔽されたクーロン相互作用を取り入れた半導体ブロッホ方程式による計算と比較するなどして、一次元非中性電子・正孔系の光学利得の特徴を調べた。特に、クーロン相互作用による利得スペクトルの抑制と増強(クーロン増強因子)を評価し、一次元系の光学利得へのクーロン相互作用の影響を調べた。その結果、中性・非中性に関わらず一次元電子・正孔系においては、バンド端では利得の抑制が、少数及び多数キャリアのフェルミ波数における遷移エネルギーでは利得・吸収の増強が起こること、その増強が低温で特に顕著であることを見出した。さらに電子正孔間の引力相互作用を静的遮蔽されたものから接触型に変更して計算を行ったところ、クーロン増強因子の概形を再現することが出来たことから、クーロン増強因子は、状態密度の形状と電子正孔間クーロン相互作用の短距離部分の強さでおよそ理解することができ、バンド端での利得の抑制は一次元系特有の現象であることを明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2010 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Exciton-biexciton-plasma crossover and formation of optical gain in quantum wires2008

    • 著者名/発表者名
      Hidefumi Akiyama
    • 雑誌名

      Physica E 40

      ページ: 1726-1728

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-injection T-shaped quantum wire lasers with perpendicular doping layers operating at 100K2008

    • 著者名/発表者名
      Makoto Okano
    • 雑誌名

      Physica E 40

      ページ: 1947-1949

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carrier-Density-Dependent Increase and Suppression of Optical Gain in T-Shaped Quantum-Wire Lasers2008

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshita
    • 雑誌名

      physica status solidi (c) 5

      ページ: 2841-2843

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] T型量子細線の光吸収計測と一次元励起子線幅の温度依存性2010

    • 著者名/発表者名
      吉田正裕
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス
    • 年月日
      2010-03-21
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 中性及び非中性電子-正孔系を有したT型量子細線の利得及び発振特性2009

    • 著者名/発表者名
      岡野真人
    • 学会等名
      日本物理学会2009年秋季大会
    • 発表場所
      熊本大学黒髪キャンパス
    • 年月日
      2009-09-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 異なるドープ構造を有した電流注入T型量子細線における発光特性の比較2009

    • 著者名/発表者名
      岡野真人
    • 学会等名
      日本物理学会2009年秋季大会
    • 発表場所
      立教学院池袋キャンパス
    • 年月日
      2009-03-27
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] ハートリーフォック近似計算を用いた中性及び非中性電子-正孔系における光学利得の解析2008

    • 著者名/発表者名
      岡野真人
    • 学会等名
      日本物理学会2008年秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学上田キャンパス
    • 年月日
      2008-09-20
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 半導体量子細線レーザーの利得スペクトルにおけるクーロン増強および抑制効果2008

    • 著者名/発表者名
      吉田正裕
    • 学会等名
      日本物理学会2008年秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学上田キャンパス
    • 年月日
      2008-09-20
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2024-03-26  

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