半導体ナノ量子構造の量子光物性とその応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11212201
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三浦 登 東京大学, 物性研究所, 教授 (70010949)
• 研究分担者: 榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226) ; 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638) ; 白木 靖寛 東京大学, 工学系研究科・物理工学専攻, 教授 (00206286) ; 長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 助教授 (00192526) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097)
• キーワード: 半導体 / ナノ構造 / 量子光物性 / 量子ドット / 量子細線 / 量子井戸 / 強磁場 / 量子現象

研究概要

本研究は、日英協力を中心とした研究を目的としているが、本年度も英国側研究者との共同研究、討論を進めながら、研究を推進した。主な研究成果は以下の通りである。
・三浦はNottingham大学のEavesらのグループと共同で、二重量子井戸構造におけるカオス的伝導現象について、従来の強磁場における実験についてさらに詳しい理論的検討を加え、バイファーケーシヨンなどについて新しい知見を得た。量子井戸からの発光については励起子ピークの幅の磁場依存性から、界面の不均一性についての情報を得た。
・SiとGeからなる光デバイスとして、マイクロキャビティーの開発を行っている。量子井戸を含む活性層を歪バランス型Si/SiGe分布帰還形反射器で挟むことにより、これまでにない高効率の発光特性を実現した。さらにその特性、特に温度特性を向上させるため、発光層にGe量子ドットを導入することを試みた結果、200K以上でも発光が観測され、光配線などの新しい光学応用の見通しを得た。
・長田は2次元伝導層が積層して弱く結合した多層系の磁場中層間電気伝導について、特に層に平行な強磁場が加わった場合について理論的・実験的に研究を行った。トンネル描像を用いて擬2次元系の磁気抵抗共鳴や擬1次元系の磁気抵抗の角度依存性の第3角度効果を説明すると共に、半導体超格子を用いた検証実験を行った。
・平川は時間分解テラヘルツ(THz)分光法を用いて、高電界下の半導体中の超高周波伝導率を測定する新しい手法を提案するとともに、それを半導体超格子に適用し、ブロッホ振動する電子が、無反転分布状況においても、約2THzまで電磁波に対する利得を有することを世界で初めて示すとともに、利得の周波数の上限が上位のミニバンドへのジーナートンネル効果により制限されていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.M.Fromhold, L.Eaves, N.Miura 他: "Tunneling Spectroscopy of Mixed StableChaotic Electron Dynamics in a Quantum Well"Physical Review B. 65巻. 155312 (2002)
• [文献書誌] A.Polimeni, L.Eaves, N.Miura 他: "Linewidth Broadening of Excitonic Luminescence from Quantum Wells in Pulsed Magnetic fields"Physica E. 13巻. 349 (2002)
• [文献書誌] H.Takamiya, M.Miura, Y.Shiraki 他: "Size reduction of the Ge islands by utilizing the strain fields from the lower-temperature-grown hut-clusters buried in the Si matrix"Materials Science and Engineering B-Solid State Materials for Advanced Technology. 89巻(1-3)号. 58-61 (2002)
• [文献書誌] M.Kuraguchi, E.Ohmichi, T.Osada, Y.Shiraki: "Relationship Between Stark-Cyclotron Resonance and Angular Dependent Magnetoresistance Oscillations"Physica E. 12巻. 264-266 (2002)
• [文献書誌] Y.Shimada, K.Hirakawa, M.Odnoblioudov, K.A.Chao: "Terahertz conductivity and possible Bloch gain in semiconducto superlattices"Physical Review Letters. 90巻4号. 46806-46809 (2003)
• [文献書誌] S.Madhavi, M.Abe, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Non-equilibrium electron transport in wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices at room temperature"Physical Review B. 65. 193308-193311 (2002)