半導体量子構造における輻射場の量子制御

1995 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: 秋山 英文 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (40251491) ; 石原 照也 広島大学, 工学部, 助教授 (60168250) ; 清水 明 東京大学, 教養学部, 助教授 (10242033)
• キーワード: 自然放出光制御 / 量子閉じ込めシュタルク効果 / 共振器量子電気力学 / 光子統計 / 散乱理論 / 自然量子井戸 / 分布帰還型微小共振器 / 1次元励起子

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微小共振器において、(1)基板側の大きな角度に放射される自然放出光をトラップしリサイクルする方法を提案した。(2)共振器ポラリトンモード分裂に及ぼす励起子振動子強度と線幅の影響を実験的に明らかにし、共振器ポラリトンを用いたテラヘルツ帯電磁波発生を提案した。
サブポアソン光発生に関し、精密に設計された半導体量子井戸発光ダイオードにおける発光過程に対するQCSEブロッケードを提案し、定電圧源駆動で動作する広帯域サブ・ポアソン光発生の可能性を理論的に提案した。
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)LEDの弱励起領域における光子統計を考察し、従来の理論では弱励起領域は扱えないことを示し、光子のファノ因子の新しい公式を提唱した。(2)吸収性媒質よりなるcavityの中に置かれた原子の自然放出を考察し、共振器の構造が適当な条件を満たすと、原子の自然放出確率の原子位置依存性が無くなってしまう場合もあることなどを示した。(3)多体の散乱理論の電子輸送現象への適用について、基本的考察を行った。
3.自然量子井戸における自然放出光制御
分布帰還型微小共振器による自発放出発光の制御を調べる目的で、グレーティング構造を刻んだ石英基板に発光性の薄膜を塗布してフォトルミネッセンスを測定したところ、指向性をもった発光を観測した。これはグレーティングにより導入された周期構造に対応する逆格子ベクトルによる散乱として理解できる。
4.半導体量子井戸構造における励起子の輸送制御と輻射場の相互作用
へき開再成長により作成したT型量子細線における、横方向閉じ込めによる光学異方性を確認し、励起子実効径が2次元極限を越えて圧縮された1次元励起子が形成されていることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] K. Tanaka, 他: "Cavity-indudced changes of spontaneous emission lifetime in one-dimensional semiconductor microcavities" Phys. Rev. Lett.74. 3380-3383 (1995)
• [文献書誌] Y. Lee and M. Yamanishi: "Theory on the effects of optical dephasing on spontaneous emission in microcavities with dispersive dielectric media" Phys. Rev. A. 52. 2312-2318 (1995)
• [文献書誌] M. Yamanishi: "Controlled Spontaneous Emission from Semiconductor Microcavities" Physica Stat. Solidi(b). 188. 181-190 (1995)
• [文献書誌] Y. Kadoya 他: "Oscillator strength dependence of cavity-polariton mode splitting in semiconductor microcavities" Appl. Phys. Lett.68. 281-283 (1996)
• [文献書誌] T. Okushima and A. Shimizu: "Photon emission from a false vacuum of semiconductors" Jpn. J. Appl. Phys.34. 4508-4510 (1995)
• [文献書誌] A. Nagami 他: "Optical Properties of a Quantum Wire Crystal C5H10NH2PbI3" to be published Physica B.
• [文献書誌] T. Ishihara(分担執筆): "Optica Properties of Low-Dimensional Materials, eds. T. Ogawa and Y. Kanemitsu. pp. 289-339" World Sicentific, (1995)