コヒーレント領域における電子・光子相互作用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06238206
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (30134638)
• 研究分担者: 清水 明 東京大学, 教養学部, 助教授 (10242033) ; 伊賀 健一 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10016785)
• キーワード: 量子ナノ構造 / MOCVD / 量子細線 / 量子箱 / 微小共振器 / レーザ / 化合物半導体 / 光デバイス

研究概要

本研究では、ナノ構造における光子と電子の相互作用を明らかにすることを目的として、ナノ構造の作製技術の開拓、電子と光子の相互作用の微小空間分解評価、および微小共振器効果について研究を進めている。本年度は、量子ドットの新しい作製法として、選択成長を用い2次元V溝構造を形成しその中に量子ドットを成長させる手法およびSpinodal相分離による量子ドットの自己成形法を開拓した。特に、前者においては垂直量子細線も形成可能である。また、量子ドットの局所的評価手法として、近接場光学顕微鏡による量子ドットからの発光の観測を行うとともに量子細線における量子閉じこめシュタルク効果を実験的に明らかにした。さらに、微小共振器型量子ドットレーザの発振に成功する一方、量子井戸における磁気励起子効果の観測や2次元フォトニック結晶における新欠陥構造の提案など、共振器効果についても重要な知見を得ることができた。
さらに微小共振器面発光レーザの基礎設計と形成技術のテーマで微小共振器中の光波の挙動を実験的に解明して、高性能面発光半導体レーザを実現することを目的として研究を進めた。96年度は、微小共振器による極低しきい値レーザを実現するために、AlAsの選択酸化膜構造を用いて光と電子を同時に閉じ込める微小光共振器構造のモデリングを行い、極低しきい値動作の可能性を示すとともに、長波長帯面発光レーザへ適用しうる酸化膜強窄構造を提案し、その製作プロセスを確立した。さらに、高指数面方位歪み量子井戸構造を用いた面発光レーザの低しきい値動作と安定な偏波面動作を初めて実現した。
また、相互作用するメゾスコピック系の電子の輸送について、メソスコピック伝導体の理論で、久保公式を用いた理論と、ランダウア-流の方法を多体相互作用のある系に拡張した理論とを、比較して議論した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Toda,M.Kourogi,M.Ohtsu,Y.Nagamune,and Y.Arakawa: "Spatially and spectrally resolved imaging of GaAs quantum dot structures vsing near-filed optical technique" Appl.Phys.Lett.69. 2315- (1996)
• [文献書誌] H.Watabe,Y.Nagamime,F.Sogawa and Y.Arakawa: "Time and Spatial Resolved Photoluminescence from a single Quantam Dot." Solid State Electronics. 40. 537- (1996)
• [文献書誌] N.Hatori,T.Mukaihara,Y.Hayashi,N.Ohnoki,A.Mizutani,F.Kayama and K.Iga: "Design and fabrication of InGaAs/GaAs quantum wires for vertical-cavity sarface-emitting lasers" Jpn.J.Appl.Physics. 35.3. 1777-1778 (1996)
• [文献書誌] N.Hatori,T.Mukaihara,M.Abe,N.Ohnoki,A.Mizutani,A.Matsutani,F.Koyama and K.Iga: "Characterization of Residual Stress in Active Regiondue to AlAs Native Oxide of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers" Jpn.J.Appl.Physics.(1996)
• [文献書誌] T.Inoshita,A.Shimizu,Y.Kuramoto,H.Sakaki: "Correlated Electron Transport through a Real-Life Quantum Dot" Physics of Semiconductors. 22. 1931- (1995)
• [文献書誌] A.Simizu and M.Yamanishi: "Photon-energy dissipation caused by an external electric circuit in “virtual"Photo-excitation processes" Phys.Rev.Lett.72. 3343-3346 (1994)