半導体量子ドットレーザの試作研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355004
• 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: 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 浩之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226) ; 今井 元 株式会社 富士通研究所, 所長代理(研究＊)
• 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素子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(1)InGaN量子ドットを活性層に組み込んだ青色レーザの光励起室温発振に成功した。スペクトルや偏波依存性から室温発振が確かめられた。(2)フォトニック結晶を有する量子ドットレーザを作製する際有効である量子ドットの形成領域を選択成長で制御することを提案しその実証を行った。まずInAs量子ドット自己形成のための条件を明らかにし、その結果を踏まえてSiO2パターン上への選択成長を行った。その結果、成長領域への原料供給のパターン形状依存性と量子ドット形成の原料供給量の非線形的依存性を利用することにより、InAs量子ドットの形成領域制御が可能であることを立証した。さらにフォトニック結晶形成技術の確立をRIEを用いて図った。
一方、量子ドットレーザの設計論の確立をはかるために、量子ドットの電子状態およびフォノンや光との相互作用について理論的な研究を行っている。本年度は(1)量子ドットレーザにおけるLOフォノンと電子の相互作用について理論的に議論した。特に量子ドットに閉じ込められたLOフォノンと外のバルクLAフォノンとの結合を考慮しながら、電子の緩和過程を明らかにした。(2)窒化物InGaN量子ドットの電子状態について、歪みの効果を取り入れながら強結合法を用いて計算を行った。更にピエゾ効果もとり入れて計算をすすめている。(3)強磁場内のタイプII量子ドットの電子状態を明らかにし、多体効果の重要性が明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] K. Tachibana, T. Someya,and Y. Arakawa: "Nonometer-scale InGaN self-assembled quantum dots grown by metalorganic chemical vapor deposition"Applied Physics Letters. 74. 383-385 (1999)
• [文献書誌] K.Tachibana, T. Someya, Y. Arakawa, R. Werner, and A. Forchel: "Room-temperature lasing oscillatation in an InGaN self-assembled quantum dot laser"Applied Physics Letters. 75. 2605-2607 (1999)
• [文献書誌] K. Tachibana, T. Someya, and Y. Arakawa: "MOCVD Growth and Optical Characterization of Stacked InGaN Quantum Dots for Laser Applications"Physica Status Solidi (a). 176. 629-633 (1999)
• [文献書誌] J. C. Harris, S. Kako, T. Someya, and Y. Arakawa: "Screening of the Polarization Field in InGaN Single Quantum Wells"Phys. Stat. Sol. (b). 216. 423 (1999)
• [文献書誌] J. C. Harris, H. Brisset, T. Someya, and Y. Arakawa: "Growth Condition Dependence of the Photoluminescence Properties of InxGal-xN/InyGal-yN Multiple Quantum Wells Grown by MOCVD"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 2613 (1999)
• [文献書誌] Y. Toda, O. Moriwaki, M. Nishioka, Y. Arakawa: "Efficient carrier relaxation mechanism in InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots. Based on the existence of continuum states."Physical Review Letters. 82. 4114 (1999)