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

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555081
• 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, 先端科学技術研究センター, 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。こおの集積デバイスにおいては、二つのア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スルを用いたポンププローブ法により、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、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て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)を利用したものである。本研究により、集積テラヘルツ電磁波発生システム試作の基礎付けが行われた。

研究成果

• [文献書誌] Xin-Qi and Y.Arakawa: "Uitrafast Energy Relaxation in Quantum Dots through Defect States : A Lattice Relaxation Approach" Rhys.Rev.Lett.B56. 10423 (1997)
• [文献書誌] T.Saito, J.N.Schulman, and Y.Arakawa: "Strain distribution and electronic structure of InAs quantum dots on GaAs : Atomic Scale calculations" Physics of Low-Dimensional Structures. 11/12. 19-26 (1997)
• [文献書誌] K.Suzuki, R.A.Hogg, K.Tachibana and Y.Arakawa: "Density Control of GaSb/GaAs Self-assembled Quantum Dots (-25nm) Grown by Molecular Beam Eqitaxy" Jpn.J.Appl-Phys.Vol.37 No.2B. L-203 (1998)
• [文献書誌] S.Ishida and Y.Arakawa: "Seeded Self-assembling GaAs Quantum Dots Grown in Two-dimensional V-grooves by Selective Metal Organic Chemical Vapor Deposition" Appl.Phys.Lett.72(7). 838-840 (1998)
• [文献書誌] N.Kamata, K.Hoshino, J.Uchida, K.Yamada, M.Nishioka and Y.Atokawa: "Sensitive Detection of Below-Gop States by Two-Wavelength Excitation Spectroscopy in Single-Photon-Counting Region" J.Luminescence. 72-74. 797-798 (1997)
• [文献書誌] N.Kamata, K.Hoshino, J.Uchida, K.Yamada, M.Nishioka and Y.Atokawa: "Up-Conversion Luminescence Via a Below-Gap State in GaAs/AlGaAs Quantum Wells" Super lattices and Microstructures. 22. 521-528 (1997)
• [文献書誌] T.Ando, Y.Arakawa, et.al.: "Mesoscopic Physics and Electronics" Springer, 271 (1997)