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積層InAs量子ドット間の波動関数カップリングの制御と長波長帯レーザへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17560005
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関東京大学

研究代表者

斉藤 敏夫 (斎藤 敏夫)  東京大学, 国際・産学共同研究センター, 助教 (90170513)

研究分担者 荒川 泰彦  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード半導体物性 / 量子ドット / InAs / 波動関数 / 半導体レーザ / 半導体光増幅器 / 偏光 / 圧電効果 / GaAs / 格子歪 / VFF法 / 電子構造
研究概要

積層InAs量子ドットの特殊な場合として、量子ドット間の障壁層がなく量子ドットがコラム型に直接接合した構造(コラム型InAs量子ドット)の成長が報告されている。この結果を解釈するために、コラム型量子ドットの偏光特性の積層数依存性(積層数1〜9)を、Valence-Force-Field法による歪分布の計算とそれに基づく8バンドk・p法による電子構造の計算により理論解析した。その結果、コラム型量子ドットの遷移強度スペクトルでは、積層数増加に伴いTM成分の増大とTE成分の低下が起き、積層数が7から9に増加するときにTE/TM>1からTE/TM<1に変化することが明らかになった。これは実験結果を非常によく再現しており、理論計算の結果からも、積層数が8に近い場合に偏波無依存(TE/TM=1)の特性が得られると予測される。この結果より、コラム型量子ドットを活性層に用いることにより、偏波無依存特性を有する半導体光増幅器が実現出来ることが明らかになった。また、波動関数を解析した結果、TM成分の増加は、正孔状態中のlight-hole成分の増加に起因することがわかった。このことは、コラム型ドット中央部における2軸性歪の低下に起因する。また、圧電効果によりTE、TM成分共に遷移強度が低下することもわかった。励起子の束縛エネルギーは、積層数の増加に伴いほぼ線形に低下する。このような、励起子効果による遷移強度スペクトルの補正も行った。

報告書

(3件)
  • 2007 研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Optical polarization in columnar InAs/GaAs quantum dots : 8-band k-p calculations2008

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 雑誌名

      Physical Review B 77

      ページ: 195318-195318

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical polarization in columnar InAs/GaAs quantum dots: 8-band k- p calculations2008

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 雑誌名

      Physical Review B 77

      ページ: 195318-195318

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical polarization in columnar InAs/GaAs quantum dots: 8-band k-p calculations2008

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 雑誌名

      Physical Review B 77・19

      ページ: 195318-195318

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Strain Distribution and Electronic States in Stacked InAs/GaAs Quantum Dots with Dot Spacing 0-6 nm2005

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 雑誌名

      Physica E 26

      ページ: 217-221

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuning of g-factor in self-assembled In(Ga)As quantum dots through strain engineering2005

    • 著者名/発表者名
      T.Nakaoka, T.Saito, J.Tatebayashi, S.Hirose, T.Usuki, N.Yokoyama, Y.Arakawa
    • 雑誌名

      Physical Review B 71

      ページ: 205301-205301

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 自己形成量子ドットにおける線幅増大係数の低減に向けた検討2005

    • 著者名/発表者名
      硴塚孝明, 斎藤敏夫, 荒川泰彦
    • 雑誌名

      第66回応用物理学会学術講演会予稿集 No.3

      ページ: 1227-1227

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] InAs/GaAsコラム型量子ドットの偏光特性の理論解析(2)2007

    • 著者名/発表者名
      斎藤敏夫
    • 学会等名
      第54回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      青山学院大学
    • 年月日
      2007-03-29
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Theoretical analysis of optical polarization in InAs/GaAs columnar quantum dots (2)2007

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 学会等名
      The 54th JSAP Spring Meeting
    • 発表場所
      Aoyama Gakuin University
    • 年月日
      2007-03-29
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Numerical Analysis of Quantum Dot Lasers : Effect of Wavelength Detuning2007

    • 著者名/発表者名
      硴塚孝明
    • 学会等名
      ナノ光・電子デバイスと量子情報エレクトロニクス
    • 発表場所
      ガーデンパレス東京
    • 年月日
      2007-03-20
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Optical Polarization in Columnar InAs/GaAs Quantum Dots : Effect of Piezoelectricity2007

    • 著者名/発表者名
      斎藤敏夫
    • 学会等名
      ナノ光・電子デバイスと量子情報エレクトロニクス
    • 発表場所
      ガーデンパレス東京
    • 年月日
      2007-03-20
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] InAs/GaAsコラム型量子ドットの偏光特性の理論解析 : 積層数依存性2006

    • 著者名/発表者名
      斎藤敏夫
    • 学会等名
      第67回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      立命館大学
    • 年月日
      2006-08-31
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Theoretical analysis of optical polarization in InAs/GaAs columnar quantum dots: stacking-layer-number dependence2006

    • 著者名/発表者名
      T. Saito
    • 学会等名
      The 67th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      Ritsumeikan University
    • 年月日
      2006-08-31
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 自己形成量子ドットレーザにおける離調の効果の数値解析2006

    • 著者名/発表者名
      硴塚孝明
    • 学会等名
      第67回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      立命館大学
    • 年月日
      2006-08-30
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Numerical analysis of detuning effect on characteristics of quantum dot lasers2006

    • 著者名/発表者名
      T. Kakitsuka
    • 学会等名
      The 67th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      Ritsumeikan University
    • 年月日
      2006-08-30
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] InAs/GaAsコラム型量子ドットの偏光特性の積層数依存性2006

    • 著者名/発表者名
      斎藤敏夫
    • 学会等名
      ナノ光電子デバイスシンポジウム
    • 発表場所
      主婦会館プラザェフ
    • 年月日
      2006-05-29
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 自己形成量子ドットレーザにおける離調の効果2006

    • 著者名/発表者名
      硴塚孝明
    • 学会等名
      ナノ光電子デバイスシンポジウム
    • 発表場所
      主婦会館プラザエフ
    • 年月日
      2006-05-29
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 自己形成量子ドットにおける線幅増大係数の低減に向けた検討2005

    • 著者名/発表者名
      硴塚孝明
    • 学会等名
      第66回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2005-09-10
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Improvement of linewidth enhancement factor in selfassembled quantum dots2005

    • 著者名/発表者名
      T. Kakitsuka
    • 学会等名
      The 66th JSAP Autumn Meeting
    • 発表場所
      The University of Tokushima
    • 年月日
      2005-09-10
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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