多次元量子井戸構造の導入による半導体レ-ザの超高速化

引入多维量子阱结构实现半导体激光器的超高速

• 批准号: 03244202
• 负责人: 荒川 泰彦
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 1993
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03244202/
• 关键词: 量子細線; 量子箱; MOCVD結晶成長; 選択成長; 超高速半導体レ-ザ; バンド理論; 歪量子効果

本研究は、量子細線やや量子箱などの多次元量子井戸構造を有する半導体レ-ザの超高速化の可能性および極限性能について、理論的・実験的に明らかにすることを目的としている。本年度は、まずMOCVD選択成長によるGaAs量子細線の作製と光学的性質をおこなった。SiO_2パタ-ン上にMOCVDを用いて選択成長をおこなうことにより、一辺200nm程度のGaAs量子細線を作製することに成功した。フォトルミネッセンス(PL)スペクトルの測定により、量子細線に対応する量子準位が明確に存在することがあきらかになった。さらに、GaAs量子細線の磁気を測定しその磁場印加方向依存性を測定した。3種類の磁場印加方向に対して、量子細線からのPLのピ-クの磁場増加に伴う移動の様子から、量子閉じ込めの異方性を明らかにした。これらの結果は、われわれが作製したサンプルには量子細線効果が確かに存在していることを示している。次にGaAs量子細線のピコ秒キャリアダイナミックスを究明した。GaAs量子細線のPLを低温においてピコ秒分光により測定することによりGaAs量子細線中の励起子の寿命がGaAs量子井戸と比べて長いことを初めて見い出した。さらに高励起状態における時間分解PLスペクトルを測定することにより電子温度、キャリア濃度の振舞いを究明した。この結果、量子細線では電子温度は量子井戸と比べて下がりにくいことが明らかになった。また、量子細線のバンド構造を強結合法を用いて求め、量子井戸と大きく異なることを示した。また、この結果に基づき量子状態の断面形状依存性、遷移行列の偏波面依存性を明らかにした。また、歪量子細線レ-ザについてもバンド計算および特性解析をおこなった。

This study は, quantum thread や や quantum box な ど の multidimensional quantum well opens a す を construction る semiconductor レ - ザ の ultra high speed の possibility お よ び limit performance に つ い て, theory be 験 に Ming ら か に す る こ と を purpose と し て い る. This year, <s:1> and まずMOCVD selected 択 to grow によるGaAs quantum fine wire <s:1> to fabricate と optical properties をお なった なった なった なった. SiO_2 パ タ - ン に MOCVD を with い て sentaku growth を お こ な う こ と に よ り, a 200 - nm 辺 の GaAs quantum thread を cropping す る こ と に successful し た. フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス (PL) ス ペ ク ト ル の determination に よ り, quantum thread に 応 seaborne す る quasi quantum bit が に hasa す る こ と が あ き ら か に な っ た. Youdaoplaceholder0, GaAs quantum fine wire <s:1> magnetic flux を determination <s:1> そ, <s:1> magnetic field Inca direction dependence を determination た た. 3 kinds の magnetic field direction of the Inca に し seaborne て, quantum thread か ら の PL の ピ - ク の raised に requirement by magnetic field with う mobile の others child か ら, quantum closed じ 込 め の square difference を Ming ら か に し た. こ れ ら の results は, わ れ わ れ が cropping し た サ ン プ ル に は unseen by quantum string fruit が か indeed exist に し て い る こ と を shown し て い る. The にGaAs quantum fine thread ピコ second キャリアダ ナ ッ ッ スを スを ascertain た. GaAs quantum thread の PL を cryogenic に お い て ピ コ seconds spectral に よ り determination す る こ と に よ り GaAs quantum fine line の excitation screwdriver の life が GaAs quantum well opens と than べ て long い こ と を early め て see い out し た. さ ら に Gao Li state に お け る time breakdown PL ス ペ ク ト ル を determination す る こ と に よ り electronic temperature, キ ャ リ ア concentration の vibration dance い を investigate Ming し た. The <s:1> になった result, quantum fine wire で で electron temperature <e:1> quantum well と ratio べて が <s:1> にく ら とが とが とが brightness ら になった になった. ま た, quantum thread の バ ン ド structure in combination with strong を を with い て め, quantum well opens と big き く different な る こ と を shown し た. Youdaoplaceholder0, <s:1> <s:1> results に basis づ <s:1> quantum state <s:1> cross-sectional shape dependence, migration row and column <e:1> wave-side dependence を clarity ら に に た た. ま た quantum レ - thin lines, slanting ザ に つ い て も バ ン ド computing お よ び characteristic analytical を お こ な っ た.

项目成果

T.Yamauchi,Y.Arakawa: "“Enhanced and Inhibited Pontaneous Emisssion in GaAs/AlGaAs Vertical Microcavity Lasers with Two Kinds of Quantum Wells"" Applied Physlics Letters. Vol.58. 1-4 (1991)

T. Yamauchi, Y. Arakawa：“使用两种量子阱的 GaAs/AlGaAs 垂直微腔激光器中的增强和抑制自发发射”，《应用物理学快报》第 1-4 卷（1991 年）。

T.Sogawa,Y.Arakawa.: "“Picosecond Dynamics in GainーSwitched Uncoupled and Coupled Quantum Well Lasers"" Applied Physics Letters. Vol.58. 1-2 (1991)

T. Sokawa, Y. Arakawa.：“增益切换非耦合和耦合量子阱激光器中的皮秒动力学””《应用物理快报》第 58 卷（1991 年）。

T.Takahashi,Y.Arakawa: "“Nonlinear Gain Effects in Quantum Well,Quantum Well Wire,and Quantum Well Box Lasers"" IEEEJ.of Quantum Electronics. Vol.27. 1824-1829 (1991)

T.Takahashi、Y.Arakawa：“量子阱、量子阱线和量子阱盒激光器中的非线性增益效应”，IEEEJ.of Quantum Electronics，第 27 卷（1991 年）。

T.Yamauchi,T.Takahashi,Y.Arakawa:"“Tight Binding Analysis for QuantumーWire Lasers and QuantumーWire Infrared Detectors"" IEEEJ.of Quntum Electronics. Vol.27. 1817-1823 (1991)

T. Yamauchi、T. Takahashi、Y. Arakawa：““量子线激光器和量子线红外探测器的紧结合分析”” IEEEJ. of Quantum Electronics. Vol. 27. 1817-1823 (1991)

T.Sogawa,Y.Arakawa: "“Wavelength Switching of Picosecond Pulse(<10ps)in an Quantum Well Lasers and its All Optical Logic Gating Operations"" Applied Physlics Letters. Vol.58. 1709-1711 (1991)

T.Sogawa、Y.Arakawa：“量子阱激光器中皮秒脉冲（<10ps）的波长切换及其所有光学逻辑门控操作”《应用物理学快报》第 58 卷（1991 年）。