複合量子化半導体素子構造の開発とレーザー発振・吸収・利得特性の顕微透過計測

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450113
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 助教授 (40251491)
• 研究分担者: 馬場 基芳 東京大学, 物性研究所, 教務職員 (60159077) ; 吉田 正裕 東京大学, 物性研究所, 助手 (30292759)
• キーワード: 量子構造 / 導波路 / 半導体 / 顕微 / レーザー

研究概要

電子-次元-光-次元の複合量子化半導体素子構造の例として、リッジ型量子細線レーザー構造を実際に作製し、室温までのレーザー発振の様子を測定し、顕微計測法を活用しながら発振の起源や均一性の評価などを行った。電子構造はリッジ頂上に形成される一次元量子細線と、リッジ斜面に形成される二次元量子井戸とから構成されるが、基礎評価として、スペクトル計測と顕微画像計測を組み合わせて行って、両者を波長的、空間的に分解した。また放出されるレーザー光が量子細線に起因することも顕微画像計測で確認した。その発振スペクトルの波長から、発振は量子細線のなかでも励起状態が起因していると考えられる。発振については、4.7Kの低温から、290Kの室温まで観測することができ、特性温度Tcは100Kと見積られた。活性層の厚みの異なる数種のリッジレーザーについての顕微画像計測も行われた。さらに量子構造のみを励起する光源を照射し観測することで、レーザー発振時におけるリッジ構造内部のキャリア密度がおよそ4x10^7/cm-pulse程度であることが見積られた。
また細線を上部から顕微分光計測することで、細線構造が、成長方向の厚み揺らぎが存在するものの長手方向に2-3ミクロンにわたって一様に形成されていること、光導波路構造が一様に形成されていることが確認できた。同時に細線と斜面井戸との発光位置の相補性も観測され、上記の発振起源が再確認された。
また、複合量子化光導波路素子構造試料の設計最適化をねらいとして、有限要素法による数値計算法の開発をおこなった。これまでは、正孔の有効質量をスカラーで近似した計算しかできなかったが、今回、異方性をとりいれ、光学遷移の偏光依存性も計算できるように改良を図った。

研究成果

• [文献書誌] S.Watanabe: "Microscopy of electronic states contributing to lasing in ridge quantum wire laser structure,"Appl.Phys.Lett.. 75. 2190-2192 (1999)
• [文献書誌] S.Koshiba,: "Selective molecular beam epitaxy(MBE)growth of GaAs/AlAs ridge structures containing 10 nm scale wires and side quantum wells(QWs)and their stimulated emission sharacteristics,"J.Crystal.Growth. 201/202. 810-813 (1999)
• [文献書誌] S.Koshiba,: "Fabrication and Control of GaAs/AlAs 10 nano-meter scale Structure by MBE,"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 24[1]. 93-96 (1999)
• [文献書誌] M.Yoshita,: "Carrier transfer in facet-growth GaAs quantum wells studied by solid immersion photoluminescence microscopy,"J Phys.Conf Ser No162/Conpound Semiconductors. 162. 143-148 (1999)
• [文献書誌] M.Baba,: "Aberrations and allowances for errors in a hemisphere solid immersion lens for submicronresolition photoluminescence microscopy"J.Appl.Plrys.. 85. 6923-6925 (1999)
• [文献書誌] M.Baba,: "Application of solid immersion lens to submicron resolution imaging of nano-scale quantum wells"Opt.Rev.. 6. 257 (1999)
• [文献書誌] K.Koyama,: "High collection efficiency in fluorescence microscopy with a solid immersion lens"Appl.Phys.Lett.. 75. 1667-1669 (1999)
• [文献書誌] J.Kono,: "Picosecond time-resolved cyclotron resonance in semiconductors"Appl.Phys.Lett.. 75. 1119-1121 (1999)
• [文献書誌] Y.Hanamaki,: "Spontaneous emission alteration in InGaAs/GaAs vertical-cavity surfase-emitting laser structures"Semicond.Sci Technol.. 14. 797-803 (1999)
• [文献書誌] H.Sakaki,: "10nm-scale edge-and step-quantum wires and related structures : Progress in their design, epitaxial synthesis and physics"Physica E. 4. 56-64 (1999)
• [文献書誌] T.Matsusue,: "Conherent dynamics of excitons in an island-inserted GaAs/AlAs quantum well structure : Suppression of phase relaxation and a deep quantum beat"Jpn.J.Appl.Phys,. 38. 2735-2740 (1999)
• [文献書誌] H.Yaguchi,: "Time-resolved photoluminescence of cubic GaN grown by metalorganic vapor phase epitaxy"Phys.Stat.Sol.(b). 216. 237-240 (1999)