量子マイクロ共振器レーザの基礎研究

1992 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, 生産技術研究所, 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 / 半導体レーザ / 量子細線 / 量子ドット / 励起子 / MOCVD / 選択成長 / 量子効果

研究概要

半導体レーザの最近の発展はめざましく、光通信、光ディスク等の光源として広い分野でその地位を確立しつつある。特に、本研究代表者らが1982年に初めて提唱したように、量子細線や量子箱を導入し電子波をより高い次元にわたって制御すると、さらに優れた特性が得られることが期待される。このように電子波のモードの制御については活発に議論がなされてきた。しかし、一方、光のモードの制御については、残念ながらこれまであまり十分な注意が払われてこなかった。本研究では、半導体レーザにおいて電子波と光波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ーザのあり方を浮き彫りにすることを目的として、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ーザの作製技術の開拓とこのようにモー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・実験的究明をおこなった。
平成4年度では、MOCVD選択成長によるGaAs量子細線の実現とその光学的性質については、Si02パターン上にMOCVD法を用いて選択成長をおこなうことにより、一辺が最小10nm程度の三角形状のGaAs量子細線を作製することに成功した。さらにさまざまな寸法の量子細線を作製し、そのフォトルミネッセンス(PL)、PL励起スペクトルの測定を行い、量子準位に対応したピークのブルーシフトが得られることを示した。一方、半導体マイクロ共振器効果については、垂直共振器の反射スぺクトルにおいて、励起子モードと共振器モードの結合による共振モードの分離現象を観測した。その結果、励起子モードと共振器モードのエネルギーが一致しているとき、結合効果によるぺクトルの分離を観測することに成功した。この現象は真空Rabi振動と解釈できる。

研究成果

• [文献書誌] M.Willatzen,T.Takahashi,Y.Arakawa:"“Nonlinear Gain Effects Due to Carrier Heating and Spectral Holeburning in Strained Layer Lasers"" IEEE Photonics Tech.Letters. 4. 682-685 (1992)
• [文献書誌] J.Singh,Y.Arakawa,P.Battacharya:"“Consequence of Structural Diosorder on Laser Properties in Quantum Wire Lasers"" IEEE Photonics Tech.Lett.4. 835-837 (1992)
• [文献書誌] T.Takahashi,Y.Arakawa,M.Nishioka,T.Ikoma:"“MOCVD Selective Growth of GaAs:C Wire and Dot Structures by Electron Beam Irradiation"" Journal of Crystal Growth. 124. 213-219 (1992)
• [文献書誌] M.Nishioka,S.Tsukamoto,Y.Nagamune,T.Tanaka,Y.Arakawa:"“Fabrication of In GaAs Strained Quantum Wires Using Selective MOCVD Selective Growth on SiO2-Patterned GaAs Substrate"" Journal of Crystal Growth. 124. 502-506 (1992)
• [文献書誌] Y.Nagamune,Y.Arakawa,S.Tsukamoto,M.Nishioka:"“Photoluminescence Spectra and Anistropic Energy Shift of GaAs Quantum Wires in Magnetic Fields"" Physical Review Letters. 69. 2963-2966 (1992)
• [文献書誌] C.Weisbuch,M.Nishioka,A.Ishikawa,Y.Arakawa:"“Observation of the Coupled ExcitonーPhoton Mode Splitting in a Semiconductor Quantum Microcavity"" Physical Review Letters. 69. 3314-3317 (1992)
• [文献書誌] Y.Arakawa,Y.Nagamune,S.Tsukamoto,M.Nishioka:"“Optical properties of inーsitu grown GaAs quantum wires by MOCVD Selective qrowth"" Institute of Physics Conference Series. 127. 199-203 (1992)
• [文献書誌] S.Tsukamoto,Y.Nagamune,M.Nishioka,Y.Arakawa:"“Fabrication of GaAs Arrowheadーshaped Quantum Wires by Metalorganic Chemical Vapor Deposition Selective Growth"" Applied Physics Letters.62. 49-51 (1993)
• [文献書誌] T.Tanaka,J.Singh,Y.Arakawa,P.Battacharya:"“Theoretical Study of Polarization of Optical Transition in Quantum Wires and Dots Using a Formalism for 3ーD Confined Structures"" Applied Physics Letters. 62. (1993)
• [文献書誌] Y.Arakawa,Y.Nagamune,M.Nishioka,S.Tsukamoto:"“Fabrication and Optical Properties fo GaAs Quantum Wires and Dots by MOCVD Selective Growth"(Invited)" to be published in Semiconductor Science and Technology. (1993)
• [文献書誌] T.Yamauchi,T.Takahashi,J.N.Schulman,Y.Arakawa:"“Theoretical Analysis of Band Structures and Lasing Characteristics in Strained Quantum Wire Lasers"" to be published in IEEE J.of Quantum Electronics. (1993)
• [文献書誌] S.Tsukamoto,Y.Nagamune,M.Nishioka,Y.Arakawa:"“Fabrication of GaAs Quantum Wires(10〜)by MOCVD Selective Growth"" to be published in Applied Physics Letters. (1993)
• [文献書誌] Y.Arakawa:"SingleーElectron Tunneling and Mesoscopic Devices" SpringerーVerlag Berlin Heiderberg, 8 (1992)
• [文献書誌] Y.Nagamune,Y.Arakawa,S.Tsukamoto,M.Nishioka,S.Sasaki,N.Miura:"“Science and Technology of Mesoscopic Structures"" By SpringerーVerlag Tokyo, 7 (1992)
• [文献書誌] 荒川 泰彦: "“先端レーザーテクノロジー"(レーザー学会編)" 日経技術図書, 8 (1992)