半導体量子構造における輻射場の量子制御

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06245103
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 山西 正道 広島大学, 工学部, 教授 (30081441)
• 研究分担者: 石原 照也 広島大学, 工学部, 助教授 (60168250) ; 清水 明 東京大学, 工学部, 助教授 (10242033)
• キーワード: 動的カシミール効果 / 仮想励起 / 自然量子井戸 / 層状ペロブスカイト構造 / 微小共振器 / 自然放出光制御 / サブポアッソン光 / 量子閉じ込めシュタルク効果

研究概要

1.電子・光子系量子制御による量子半導体光デバイス
AlGaAs一次元DBR微小共振器中のGaAsQWにおいて、(1)自然放出光の伝達効率が共振器の共振特性に加え、QWにおける光子再吸収の影響を受けることを明らかにし、15%の伝達効率を得た。(2)光励起による自然放出光放射パターンの印加電界に対する高速応答とこれを用いたスイッチングを実験的に確認した。(3)自然放出発光寿命の波長同調依存性を実験的に調べ、微小共振器により自然放出現象が制御されることを実証した。
サブポアソン光発生に関し、電場印加状態におけるQWを電流注入励起した場合に、ポンプ揺らぎが存在しても発生光子がサブポアソン化される新しい原理を見出した。さらに、サブポアソン光発生素子の設計指針を確立すべく理論検討を進めている。
2.低次元電子系と量子化された輻射場の相互作用の理論
(1)非古典光の発生に重要な役割を演ずる電流分岐雑音が、古典回路理論で期待されるような低雑音になる条件を導いた。(2)仮想励起過程における外部回路による光子エネルギー損失をしらべ、光子に異常な赤方変位が起こることを見いだした。(3)Dynamical Casimir Effectを固体中で起こすための基本的な理論を定式化した。(4)マクロな数の電子が励起された擬2次元系の電子スペクトルが、仮想励起と実励起とで全くことなることを見いだした。
3.自然量子井戸における自然放出光制御
種々の溶媒を用いてPhEPbI4の薄膜作成条件を調べた結果、MEKを用いることにより結晶性のよいスピンコート膜が得られること、微小共振器を構成するためのスペーサーとしてはポリスチレンのキシレン溶液によるスピンコート膜が利用できることがわかった。誘電体多層膜鏡にこれらをスピンコートして半波長微小共振器を試作し、発光スペクトルの温度特性、角度依存性をCCDカメラ分光装置で調べた。

研究成果

• [文献書誌] T.Nishikawa他: "Enhanced transfer efficiency in AlGaAs asymetric planar cavities" Appliled Physics Letters. 65. 1796-1798 (1994)
• [文献書誌] K.Tanaka他: "Cavity-induced changes of spontaneous emission lifetime in one-dimensional semiconductor microcavities" Physical Review Letters. (出版予定).
• [文献書誌] 山西正道: "半導体の輻射場の量子制御" 応用物理. 63. 885-897 (1994)
• [文献書誌] M.Yamanishi: "Combined Quantum Effects for Electron and Photon Systems in Semiconductor Microcavity Light Emitters" Progress in Quantum Electronics. 19. 1-39 (1995)
• [文献書誌] A.Shimizu他: "Photon-energy dissipation caused by an external electric circuit in "virtual" photo-excitation processes" Physical Review Letters. 72. 3343-3346 (1994)
• [文献書誌] H.Akiyama他: "Thermalization Effect on Radiative Decay of Excitons in Quantum Wires" Physical Review Letters. 72. 924-927 (1994)
• [文献書誌] T.Ishihara: "Optical Properties of PbI-Based Perovskite Structures" Journal of Luminescence. 60&61. 269-274 (1994)
• [文献書誌] M.Hirasawa他: "Magneto-Absorption of the Lowest Exciton in Perovskite-Type compound (CH3NH3)PbI3" Physica B. 201. 427-430 (1994)
• [文献書誌] M.Hirasawa他: "Exciton Features in 0-,2-,and 3-Dimensional Networks of [PbI6]4-octahedra" Journal of Physical Society of Japan. 63. 3870-3879 (1994)
• [文献書誌] T.Ishihara他: "Optical Properties and Electronic Structures of Self-Organized Quantum Well (CnH2n+1NH3)2Pb×4(X=I,Br,Cl)" Japanese Journal of Applied Physics. Suppl.34-1. 71-73 (1995)
• [文献書誌] 野毛宏 他(共著・分担執筆): "メゾスコピック現象の基礎(難波進編)" オーム社, (1994)