量子マイクロ共振器レ-ザの基礎研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452178
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (30134638)
• 研究分担者: 藤井 陽一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00013110) ; 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226)
• キーワード: マイクロ共振器 / 垂直共振器 / 量子井戸レ-ザ / 量子細線 / 量子箱 / フォトルミネッセンス / 半導体レ-ザ

研究概要

本研究では、半導体レ-ザにおいて電子波と光液の両方の量子場の完全制御をおこない、次世代の超高性能レ-ザのあり方を浮き彫りにすることを目的として、[1]電子波を完全に制御する量子構造(量子井戸、または量子細線・量子箱)と、光波を完全に制御する3次元的なマイクロ光共振器を有する量子マイクロ共振器レ-ザの作製技術の開拓、[2]このようにモ-ドが完全に制御された光の場と電子波との相互作用の理論的・実験的究明および、[3]量子マイクロ共振器レ-ザのレ-ザ特性(特に自然放出効果、ピコ秒パルス発生などのダイナミックス)を実験的・理論的に明らかにする。
本年度は主として量子井戸構造と3次元マイクロ光共振器を有するレ-ザの基礎検討を行った。まずMOCVD結晶成長により垂直共振器を有する量子井戸レ-ザの作製をおこなった。Tiーサファイアレ-ザを用いて、マイクロ光共振器を有する量子井戸構造のルミネッセンス特性、反射スペクトル等を測定し、自然放出の抑制効果を究明した。特に2種類の量子井戸を活性層部におき、フォトルミネッセンスの寿命を測定することにより自然放出抑制・強調効果が存在することを実験的に示した。次に3次元マイクロ光共振器の作製と光モ-ド解析を電子ビ-ム描画装置を用いて、2次的な分布ブラッグ反射構造のための回折格子パタ-ンを電子ビ-ム描画法で形成し、3次元共振器を実現する可能性を検討した。さらに量子細線・量子箱構造の作製技術の開発をMOCVD選択成長の手法を用いて行い、幅20nm程度の量子細線を作製することに成功した。量子細線効果の存在は磁気光学効果の特性の測定により証明された。これらの成果に基づき来年度はマイクロ共器振器果についてさらに究明する予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Sogawa,Y.Arakawa.: "“Picosecond Dynamics in GainーSwitched Uncoupled and Coupled Quantum Well Lasers"" Applied Physics Letters. Vol.58. 1-2 (1991)
• [文献書誌] T.Takahashi,Y.Arakawa: "“Nonlinear Gain Effects in Quantum Well,Quantum Well Wire,and Quantum Well Box Lasers"" IEEE J.of Quantum Electronics. Vol.27. 1824-1829 (1991)
• [文献書誌] T.Yamauchi,Y.Arakawa: "“Enhanced and Inhibited Pontaneous Emisssion in GaAs/AlGaAs Vertical Microcavity Lasers with Two Kinds of Quantum Wells"" Applied Physlics Letters. Vol.58. 1-4 (1991)
• [文献書誌] T.Sogawa,Y.Arakawa: "“Wavelength Switching of Picosecond Pulse(<10ps)in an Quantum Well Lasers and its All Optical Logic Gating Operations"" Applied Physlics Letters. Vol.58. 1709-1711 (1991)
• [文献書誌] T.Yamauchi,T.Takahashi,Y.Arakawa:"“Tight Binding Analysis for QuantumーWire Lasers and QuantumーWire Infrared Detectors"" IEEE J.of Quntum Electronics. Vol.27. 1817-1823 (1991)
• [文献書誌] S.Tsukamoto,Y.Nagamune,M.Nishioka,Y.Arakawa:"“Fabrication of GaAs Quantum Wires on Epitaxially Grown VーGrooves by Metal Organic Chemical Vapor Deposition"" J.of Applied Physics. Vol.71. 533-535 (1992)
• [文献書誌] 荒川 泰彦,永宗 靖(分担執筆):"“先端真空利用技術"" 日経技術図書, 8 (1991)
• [文献書誌] 荒川 泰彦(分担執筆):末田 正,神谷 武志編:"“超高速光エレクトロニクス"" 培風館, 23 (1991)