コヒーレントテラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの開発研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555081
• 応募区分: 試験
• 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: 今井 元 富士通研究所, マルチメディア研, 部門長代理 ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097) ; 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

本試験研究では、21世紀のテラビット級情報ネットワーク構築のための基礎技術として、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生のための半導体集積デバイスの開発研究を行い、テラヘルツもしくはフェムト秒テクノロジーという研究分野の実用化に寄与することをはかる。今年度は、まず、二つの波長可変波長量子井戸半導体レーザおよび量子井戸導波路を集積化することにより、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作をすすめる。この集積デバイスにおいては、二つのレーザからの出力が導波路型方向性結合器により混合される。それが量子井戸導波路の通過の際、その2次の非線形効果のために二つのレーザの差周波Dfを有する電磁波として発生させることができる。さらにこれに周期構造を集積化することによりテラヘルツ電磁波としてとりだすことが可能となる。これにより、きわめてコンパクトなテラヘルツ発生光源を世界に先駆けて実現することができる。これまで、半絶縁性GaAs基板上にGaAsを低温成長しその表面および基板裏面に光導伝ダイポールアンテナを集積化し、フェムト秒レーザパルスを用いたポンププローブ法にyri、テラヘルツの発生と検出を行った。その結果感度が2。5倍向上した。また、
(2)さらに従来にない全く新しい原理のデバイスとして、半導体微小共振器と多重量子井戸を面型に組み合わせたしたコヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作を行い、その基礎実験を行った。ここでは、半導体量子井戸を有する微小共振器においてわれわれが1992年に世界に先駆けて見い出した励起子ポラリトン効果(量子井戸中の励起子と微小共振器中の光子のコヒーレント相互作用による真空ラビ振動)を利用している。
次年度はこれらの成果をふまえ、より効率の良いテラヘルツ電磁波発生システムの構築をはかる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Toda,M.Kouroji,M.Ohtsu,Y.Nagamune,and Y.Arakawa: "Spatially and spectrally resolved imaging of GaAs guantum dot structures using near-filed optical techmigve" Appl.Phys.Lett.69. 2315 (1996)
• [文献書誌] H.Watabe,Y.Nagamine,F.Sogawa and Y.Arakawa: "Time and Spatial Resolved Photo luminescence 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 Vevtical-cavity Surfau-emitting lasers" Jpr.J.Appl.Phiysics. 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" Jpr.J.Appl.Physics.(1996)
• [文献書誌] T.Inoshita,A.Shimizu,Y.Kuramoto,H.Sakaki: "Correlated Electron Tronsport throuigh a Real-Life Quaunton Dot" Physics of Senriconductors. 22. 1931 (1995)
• [文献書誌] A.Shimizu and M.Yamanishi: "Photon-energy dissipation caused by an external electric circuit in “virtual" Photo-excitation processes" Phys.Rev.Lett.72. 3343-3346 (1994)