半導体量子ドットレーザの試作研究

2000 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, 先端科学技術研究センター, 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) ; 今井 元 (株)富士通研究所, 所長代理(研究職)
• キーワード: 量子ドット / MOCVD / MBE / 半導体レーザ / 自己組織化 / GaN / 量子効果 / InAs

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、InGaAs自己形成量子ドットについて、実用化に重要な光通信用波長帯である13.-1.5μm帯発光をめざして結晶成長の最適化を行った。その結果、世界で最も長い1.5mmの発光波長を実現することに成功した。これはGaAs上に成長したInAs量子ドットをGaAsではなくInGaAsで埋め込み歪効果を抑制したためである。さらに、量子ドットとフォトニック結晶を組み合わせた量子ドットレーザ構造を作製することができた。これは、選択成長により量子ドットを形成する領域を制限したためである。さらに、GaN上にInGaN量子ドット形成のための結晶成長技術に引き続き、紫外発光レーザをめざして、AIN上のGaN量子ドットの形成をSiC上に減圧成長で達成することに成功した。フォトルミネッセンス測定により発光を確認した。ただし、現時点ではレーザ発振に至っていない。一方、理論的にワイドギャップ半導体レーザにおいては、量子ドットレーザを導入することによる特性改善の効果が、大きくなることを示しすことができた。GaN系量子ドットレーザにおいては、GaAs系量子ドットレーザと比べると、約一桁異大きい改善率が得られることが明かとなった。さらに、新しい非反転分布型レーザの概念を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Toda,T.Sugimoto,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Near-field coherent excitation spectroscopy of InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots"Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.26. 3887-3889 (2000)
• [文献書誌] Y.Toda,and Y.Arakawa: "Near-field spectroscopy of a single InGaAs self-assembled quantum dots"IEEE Journal of Selected Topics in Quantum electronics. Vol.6 No.3. 528-533 (2000)
• [文献書誌] Y.Toda,O.Moriwaki,M.Nishika,and Y.Arakawa: "Resonant Raman scattering of optical phonons in self-assembled quantum dots"Physica E. Vol.8. 328-332 (2000)
• [文献書誌] O.Moriwaki,T.Someya,K.Tachibana,S.Ishida,Y.Arakawa: "Narrow photoluminescence peaks from localized states in InGaN quantum dot structures"Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.17. 2361-2363 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,R.Werner,A.Forchel,Y.Arakawa: "MOCVD growth of a stacked InGaN quantum dot structure and its lasing oscillation at room temperature"Physica E. Vol.7,No.3-4. 944-948 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,S.Ishida,and Y.Arakawa: "Selective growth of InGaN quantum dot structures and their microphotoluminescence at room temperature"Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.22. 3212-3214 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,and Y.Arakawa: "Growth of InGaN self-assembled quantum dots and their application to lasers"IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics. Vol.6,No.3. 475-481 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,S.Ishida,and Y.Arakawa: "Formation of uniform 10-nm-scale InGaN quantum dots by selective MOCVD growth and their micro-photoluminescence intensity images"J.Crystal Growth. Vol.221. 576-580 (2000)