3次元微小光共振器における巨大プーセル効果の検証

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350154
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 末宗 幾夫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00112178)
• 研究分担者: 熊野 英和 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70292042) ; 植杉 克弘 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70261352)
• キーワード: 3次元微小光共振器 / 選択成長 / カーボンマスク / II-VI族半導体 / 単一量子ドット / ピラミッド

研究概要

経済分野など信頼性が最も重要な領域にまでインターネットが普及するのに伴い,通信の信頼性を高めることが大きな課題となりつつある。その最有力な方法が量子暗号通信である。量子暗号の特徴は,光子一つ一つに偏光情報などをのせると光子一粒だけの測定では不確定性原理により情報を読みとれないことを利用することであり,暗号化する乱数表を盗聴されることなく送受信者が共有できる。このためには,光パルスあたりの光子数を確実に1以下にする必要がある。このような問題点を解決し高速の単一光子源を実現するには,微小共振器により真空場のモード数を低減するとともに共振器内にただ一つの量子ドットを埋め込み,量子ドットの基底状態に関与した励起子を一つの共振モードに強く結合させ,単一光子を発生させることが有力である。
当該研究では,単一光子源を実現するためにピラミッド共振器を提案し,ピラミッド共振Q値〜5000を実験的に観測するとともに,ピラミッド微小共振器内部にCdS発光層を導入し、自然放出光が共振モードによって増大(遷移確率の増大)を示すことを確認した。単一光子を発生するためのZnCdS混晶ポテンシャル揺らぎによって生じた単一局在準位からの鋭いスペクトルを持った発光を観測した。さらに時間行きでもプーセル効果を確認するためにストリークカメラの感度増強を行い,単一エネルギー準位からの発光を時間分解することに成功した。この成果を今後単一光子源の実現に生かしていく。

研究成果

• [文献書誌] G.Sasikala., M.Kurimoto, P Thilakan, K.Uesugi, I.Suemune, H.Machida, N.Shimoyama: "Observation of reflection high-energy electron diffraction oscillation during metalorganic-molecular-beam epitaxy of AlAs and control of carbon incorporation"J.Appl.Phys.. Vol.94, No.8. 4781-4875 (2003)
• [文献書誌] K.Uesugi, I.Suemune, H.Machida, N.Shimoyama: "Metalorganic molecular-beam epitaxy and characterization of GaAsNSe/GaAs superlattices emitting around 1.5 μm-wavelength region"Appl.Phys.Lett.. Vol.82, No.6. 898-900 (2003)
• [文献書誌] H.Kumano, Y.Hitaka, I.Suemune: "Emissions from Single Localized States Observed from ZnCdS Ternary Alloy Mesa Structures"Appl.Phys.Lett.. Vol.82, No.24. 4277-4279 (2003)
• [文献書誌] W.Zhou, K.Uesugi, I.Suemune: "1.6-μm Emission from GaInNAs with Indium-induced Increase of N Composition"Appl.Phys.Lett.. Vol.83, No.10. 1992-1994 (2003)
• [文献書誌] S.Ganapathy, X.Q.Zhang, I.Suemune, K.Uesugi, B.-J.Kim, T.-Y.Seong: "GaNAs as strain compensating layers for 1.55 μm light emission from InAs Quantum Dots"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42, No.9A. 5598-5601 (2003)
• [文献書誌] X.Q.Zhang, S.Ganapathy, I.Suemune, H.Kumano, K.Uesugi, Y.Nabetani, T.Matsumoto: "Improvement of InAs Quantum-dots Optical Properties by Strain Compensation with GaNAs Capping Layers"Appl.Phys.Lett.. Vol.83, No.22. 4524-4526 (2003)