半導体ナノ構造における超高速光・電子相互作用の制御と次を代超高性能レーザへの応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07405018
• 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: 榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226) ; 藤井 陽一 東京大学, 生産技術研究所, 名誉教授 (00013110)
• 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、半導体ナノ構造における光および電子の超高速相互作用を制御し、さらに次世代の超高速レーザの可能性を探索することを目的とし、
(1)光子を制御するために「3次元微小共振器」を、また電子を制御するために「ナノ構造(量子箱)」の実現の実現技術を確立する。(2)単一もしくは特定の複数の量子箱に光学的にアクセスし、個々の電子正孔対と光子とのフェムト秒領域における相互作用を明かにしその制御をはかる。このために、フェムト秒分光技術と光Near Field効果を伴うSTM技術を駆使する。(3)微小共振器と量子箱構造により光子と電子の相互作用を完全に制御した半導体レーザを実現し、その超低しきい値化、超高速化をはかり、次世代の半導体レーザのあり方を浮き彫りにする。
という3つの柱の研究をすすめている。
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形成法を開拓した。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方法として、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。

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.Nagamune,F.Sogawa and Y.Arakawa: "Time and Spatial Resolved Photoluminescence from a Single Quantum Dot" Solid State Electronics. 40. 537- (1996)
• [文献書誌] N.Hatori,T.Makahara,Y.Hayashi,N.Ohnoki,A.Mizutani,F.Kayama and K.Iga: "Design and fabrication of InGaAs/GaAs quantum wires for vertical-carity sarface-emitting lasers" Jpn.J.Appl.Physics. 35.3. 1777-1778 (1996)
• [文献書誌] N.Hotori,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 Sunface-Emitting Lasers" Jpn.J.Appl.Physics. (1996)
• [文献書誌] T.Inoshita,A.Shimizu,Y.Kuramoto,H.Sakaki: "Correlated Electron Transport througlr a Real-Life Quantum Dot" Physics of Semiconductors. 22. 1931- (1995)
• [文献書誌] A.Shimizu and M.Yamanishi: "Photon-energuy dissipation caused by an external electric circuit in "virtual"photo-excitation processes" Phys.Rev.Lett.72. 3343-3346 (1994)