半導体量子ドットレーザの試作研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355004
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30134638)
• 研究分担者: 今井 元 (株)富士通研究所, 所長代理 ; 染谷 隆夫 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (90292755) ; 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)
• キーワード: 量子ドット / MOCVD / MBE / 半導体レーザ / 自己組織化 / 半導体 / 量子効果 / ナノ構造

研究概要

本研究は、研究代表者が長年取り組んできた量子ドットレーザについて、いよいよ実用化を目指してその阻止技術の確立を図ることを目的として遂行されている。
本年度はまずGaN上にInGaN量子ドット形成のための結晶成長技術の確立を図った。その結果、横寸法8.5nm密度が10^<10>/cm^2のInGaN量子ドットを形成することに成功した。さらに、これらの量子ドットを 積層構造を成長することに成功した。これらの結果に基づき、InGaN量子ドットレーザの試を行った。へき開面は、反応性イオンエッチングの手法を用いて得た。室温で変励起実験を行った結果、レーザ発振を達成することに世界で初めて成功した。
さらに、長波長系半導体レーザ材料としてGaSb量子ドットをGaAs上に形成する研究も進めた。MBE結晶成長により、タイプIIGaSb量子ドットをStransk-Krastanow成長モードを用いて形成することに成功した、横寸法は20nm程度であり、また密度は10^<11>/cm^2であった。
この量子ドットについて、磁気光学測定、時間分解測定などを行い、タイプII両氏ドット特有の性質を明らかにすることができた。さらに、理論計算により励起子分子効果、荷舌励起子効果などがタイプII量子ドットでは強調されることを見出すとともに、実験においてもそれらを指示する結果を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] 橘浩一, 染谷隆夫, 荒川泰彦: "GaN上へのInGaN量子ドットの自然形成" 電子情報通信学会論文誌. Vol.J81-C-I No.8. 474-475 (1998)
• [文献書誌] K.Yamanaka, K.Suzuki, S.Ishida, and Y.Arakawa: "Light Emission from Individual Self-assembled InAs/GaAs Quantum Dots Excited by Tunneling" Current injection", Appl.phys.Lett.Vol.73,No.11. 1460-1462 (1998)
• [文献書誌] T.Saito, J.N.Schulman, ^* and Y.Arakawa: "Strain-energy Distribution and elctronic structure of InAs Pyramidal Quantum Dots with Uncovered Surfaces : Tight-binding Analysis" Phys.Rev.B.Vol.57. 13016-13019 (1998)
• [文献書誌] Y.Toda, S.Shinomori. K.Suzuki, and Y.Arakawa: "Near-field Magneto-optical Spectroscopy of Single Self-assembled InAs Quantum Dots" Appl.Phys.Lett.Vol.73,No.4. 517-519 (1998)
• [文献書誌] Y.Toda, S.Shinomori. K.Suzuki,and Y.Arakawa: "Polarized Photoluminescence Spectroscopy of Single Self-assembled InAs Quantum Dots" Phys.Rev.B.Vol.58,No.16. (1998)
• [文献書誌] Xin-Qi Li and Yasuhiko Arakawa: "Anharmonic Decay of Confined Optical Phonons in Quantum Dots" Phys.Rev.B.Vol.57. 12285-12290 (1998)