低次元半導体レーザーの低しきい値光学利得と高速光非線形性

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 半導体における動的相関電子系の光科学
• 研究課題/領域番号: 20104004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40251491)
• 研究分担者: 横山 弘之 東北大学, 学内共同利用施設等, 教授 (60344727)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 高速非線型 / 高性能レーザー / 量子閉じ込め / ＭＢＥ / 量子細線

研究実績の概要

へき開再成長法により界面品質や構造均一性が著しく高く非常にシャープな発光線幅を有する半導体１次元量子細線および2 次元量子井戸と、変調ドーピング・ゲート電極・光導波路・光共振器などのデバイス構造を立体的に組み合わせた、高品質かつ高度に制御された低次元半導体レーザーの作製と評価を行い、非線型利得の物理を解明する研究を進めた。中でも、T型量子細線を5本だけ含む半導体レーザー構造試料に対して、端面への高反射率誘電体多層膜コーティングを行い、電流注入による低しきい値レーザー発振に成功した。また、本科研費で立上げを行ったMBE装置を用いて、縦型光励起を行うためのダブルコアスラブ導波路量子井戸半導体レーザー構造を開発して、発振させることに成功した。
超高密度励起下における半導体量子井戸レーザーの非線形現象・非線形光学効果研究として、利得スイッチングの実験を代表者と分担者が共同で進めた。InGaAs系1030nm帯光励起量子井戸レーザーやGaAs系800nm帯の光励起量子井戸レーザーについて、光励起利得スイッチによる短パルスのスペクトルスライスにより短波長側と長波長側の時間波形の違いを正確に評価し、実際的なパラメータを用いたレート方程式理論、マックスウエル・ブロッホ方程式理論、マックスウェル・半導体ブロッホ方程式理論を用いた理論による解析と比較して、現象の理解を確立した。1550 nmDFBシングルモードレーザーダイオード試料の電気励起により、5ps以下のフーリエ限界短パルス発生を達成した。さらに、スペクトル広がりやチャープ特性を評価し、上記の理論を用いて現象の理論的解釈を確立した。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Gain-switched pulses from InGaAs ridge-quantum-well lasers limited by intrinsic dynamical gain suppression (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Chen, M. Yoshita, T. Ito, T. Mochizuki, H. Akiyama, and H. Yokoyama
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 ページ: 7570-7576
  • DOI: DOI:10.1364/OE.21.007570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Blue 6-ps short-pulse generation in gain-switched InGaN vertical-cavity-surface-emitting lasers via optical pumping (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Chen, M. Okano, B. Zhang, M. Yoshita, H. Akiyama, and Y. Kanemitsu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 191108
  • DOI: DOI:10.1063/1.4766290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical and Optical Properties of GaNAs/GaAs MQW p-i-n Junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Arimoto, M. Shiraga, H. Shirai, S. Takeda, M. Ohmori, H. Akiyama, T. Mochizuki, K. Yamaguchi, H. Miyagawa, N. Tsurumachi, S. Nakanishi, and S. Koshiba
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 37 ページ: 193-196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-5-ps optical pulse generation from a 1.55-μm distributed-feedback laser diode with nanosecond electric pulse excitation and spectral filtering (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Chen, A. Sato, T. Ito, M. Yoshita, H. Akiyama, and H. Yokoyama
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 20 ページ: 24843
  • DOI: DOI:10.1364/OE.20.024843
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of high Rydberg states of one-dimensional excitons in GaAs quantum wires by magneto-photoluminescence excitation spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Okano, Y. Kanemitsu, S. Chen, T. Mochizuki, M. Yoshita, H. Akiyama, L. N. Pfeiffer, and K. W. West
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 085312
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.86.085312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Applicability of continuum absorption in semiconductor quantum wells to absolute absorption-strength standards (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshita, K. Kamide, H. Suzuura, and H. Akiyama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 032108
  • DOI: DOI:10.1063/1.4737900
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal-to-insulator transition in anatase TiO2 thin films induced by growth rate modulation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tachikawa,. M. Minohara, Y. Nakanishi, Y. Hikita, M. Yoshita, H. Akiyama, C. Bell, and H. Y. Hwang
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 022104
  • DOI: DOI:10.1063/1.4733724
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biexciton Luminescence from Individual Isoelectronic Traps in Nitrogen Delta-Doped GaAs (2012)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takamiya
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 111201
  • DOI: 10.1143/APEX.5.111201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fano-resonance gain by dephasing electron-hole Cooper pairs in semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kamide
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81 ページ: 093706
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.093706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of gain-switching characteristics including strong gain saturation effects in low-dimensional semiconductor lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: Shaoqiang Chen
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 098001
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.098001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Waveguide two-point differential-excitation method for quantitative absorption measurements of nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshimitsu Mochizuki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 106601
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.106601
  • 査読あり
• [学会発表] 1.55um帯10MHz繰り返しチャープパルス増幅ファイバーレーザー光源の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] 1.55um帯Erファイバーレーザー光のチャープパルス増幅 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆
  • 学会等名: 本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26 – 2013-03-29
• [学会発表] ホタル生物発光の温度に依存した色変化の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 望月敏光
  • 学会等名: 本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26 – 2013-03-29
• [学会発表] 半導体電子正孔系の光学スペクトルに基づく非平衡励起子密度分布の導出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川陽
  • 学会等名: 本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26 – 2013-03-29
• [学会発表] THzパルスを用いたGaAs量子井戸の束縛キャリアの活性化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 篠北啓介
  • 学会等名: 本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-26 – 2013-03-29
• [学会発表] 半導体デバイスの動的電子相関” “低次元半導体レーザーの低しきい値光学利得と高速光非線形性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: 第7回DYCEシンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-12-26 – 2012-12-26
• [学会発表] 太陽電池の詳細平衡条件と非平衡性・相互作用効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: 応用物理学会・量子エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 長野県・軽井沢・上智大学セミナーハウス
  • 年月日: 2012-12-21 – 2012-12-21
• [学会発表] GaAs単一量子井戸における光励起キャリアの非線形伝導現象 (2012)
  • 著者名/発表者名: 篠北啓介
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] Short-pulse generation in gain switched InGaN VCSELs via optical pumping (2012)
  • 著者名/発表者名: Shaoqiang Chen
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] 半導体レーザーの大電流利得スイッチング動作による光パルス発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 横山冬矢
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] GaAs量子井戸レーザーの利得スイッチパルスから評価した光学利得とキャリアの非平衡性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] Kennard-Stepanov関係式に基づく低温半導体蛍光温度計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 望月敏光
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] 窒素δドープGaAs中の単一等電子トラップからの発光のフォトルミネッセンス励起分光測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高宮健吾
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 利得スイッチ1.55μm DFB-LDからのサブ5ps幅光パルスの発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 陳 少強
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 量子細線・井戸における非平衡電子正孔系 (2012)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Dynamically correlated electron-hole carriers in clean quantum-wire and -well lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Akiyama
  • 学会等名: DYCE International Workshop,
  • 発表場所: Kussharo, Hokkaido, JAPAN
  • 年月日: 2012-08-10 – 2012-08-10
• [学会発表] Magneto-photoluminescence excitation spectroscopy in T-shaped GaAs quantum wires (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Okano
  • 学会等名: The International Conference on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2012-07-29 – 2012-08-03
• [学会発表] Kennard-Stepanov relation and non-equilibrium characteristics of photo-excited carriers in semiconductor quantum wells (2012)
  • 著者名/発表者名: Shun Maruyama
  • 学会等名: the International Conference on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2012-07-29 – 2012-08-03
• [学会発表] Biexciton Emission from Single Isoelectronic Traps Formed by NitrogenNitrogen Pairs in GaAs (2012)
  • 著者名/発表者名: Kengo Takamiya
  • 学会等名: the International Conference on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2012-07-29 – 2012-08-03
• [学会発表] Characteristics and applications of nonlinear gain in low-dimensional semiconductor lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Akiyama
  • 学会等名: DYCE-ASIA Workshop
  • 発表場所: Tokyo, JAPAN
  • 年月日: 2012-04-24 – 2012-04-24