半導体レーザーにおける光・電子相互作用の制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750223
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 染谷 隆夫 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (90292755)
• キーワード: 青色面発光レーザ / 青色量子ドットレーザ / InGaN量子ドット / 有機金属気層成長 / 窒化物半導体 / InGaN量子井戸 / T型量子細線 / 磁気フォトルミネセンス

研究概要

本研究では、新しい結晶成長法を活用して、ナノ構造に閉じ込められた電子が光と有効に相互作用する新しい微細構造を開発し、ナノ半導体レーザへの道を拓くことを目的として研究を進めてきた。その結果、次のような成果をあげることができた。
(1)T型量子細線の磁気フォトルミネセンス分光
低閾値の量子細線レーザを実現するためには、1次元電子の物性の解明が重要である。我々は、5nm寸法のT型量子細線の磁気フォトルミネセンスを測定し、T細線に閉じ込めれられた電子の波動関数の形状を解析することによって、1次元電子の波動関数の広がりに対する横方向閉じ込め効果を明らかにした。
(2)青色InGaN量子ドットレーザの室温レーザ発振
InGaN量子ドットを活性層に有するレーザは現状のInGaN量子井戸レーザよりもさらに特性が向上することが期待されている。本研究では、InGaNの自己組織化現象を利用した独自のInGaN量子ドットの作成法を開発し、青色レーザに応用した。その結果、InGaN量子ドットを活性層に有するレーザ構造を試作し、光励起によってレーザ発振を初めて実現した。
(3)青色InGaN量子井戸面発光レーザの光励起レーザ発振
窒化ガリウム(GaN)を用いた青色の半導体レーザが国内外で開発され、デジタル・ビデオ・ディス(DVD)どの高密度光記録用の光源として利用されつつある。この高密度光記録の読み出し速度を高速にするために、青色面発光レーザへの期待が高まっている。筆者は、有機金属気層成長(MOCVD)法に改良を加え、反射率97%の半導体ミラーを作製するなど、青色面発光レーザの主要な作製技術を確立した結果、InGaN面発光型レーザの室温レーザ発振に成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Someya, R.Werner, A.Forchel, M.Catalano, R.Cingolani, Y.Arakawa: "Room Temperature Lasing at Blue Wavelengths in Gallium Nitride Microcavities"Science. 285・5435. 1905-1906 (1999)
• [文献書誌] K.Tachibana, T.Someya, Y.Arakawa, R.Werner, and A.Forchel: "Room-temperature lasing oscillation in an InGaN self-assembled quantum dot laser"Applied Physics Letters. 75. 2605-2607 (1999)
• [文献書誌] K.Tachibana, T.Someya, Y.Arakawa, R.Werner, and A.Forchel: "Room-temperature lasing oscillation in an InGaN self-assembled quantum dot laser"Applied Physics Letters. 75. 2605-2607 (1999)
• [文献書誌] T.Someya, and Y.Arakawa: "Microphotoluminescence Intensity Images of InGaN Single Quantum Wells"Japanese Journal of Applied Physics. 38・11A. L1216-L1218 (1999)
• [文献書誌] K.Tachibana, T.Someya, and Y.Arakawa: "Nanometer-scale InGaN self-assembled quantum dots grown by metal organic chemical vapor deposition"Applied Physics Letters. 74・3. 383-385 (1999)
• [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Shape analysis of wave functions in T-shaped quantum wires by means of magneto-photoluminescence spectroscopy"Solid State Communications. 108. 923-927 (1998)