電子ビーム描画法とMOCVD選択成長による量子箱レーザー試作に関する研究

本研究では、まず電子ビーム描画法と化学エッチング法を用い、GaAs基板上にSiO_2の微細パターンを形成し、その上に減圧MOCVD法による選択成長を行うことでGaAs量子箱(量子ドット)構造の作製を試みた。また、その際化学エッチングの最適化、マスクサイズの微細化、および結晶成長条件の最適化を行うことで、良質なナノメータースケールの量子箱構造を再現性良く作製できる技術を確立した。そして、量子箱構造からの強い発光とブルーシフトを観測し、本研究における作製方法が量子箱の作製に有効であることを実証した。量子箱構造によるキャリアーの3次元閉じ込め効果の確認については、励起子からのフォトルミネッセンス(PL)スペクトルのブルーシフトの観測の外PLスペクトルの磁場依存性の測定により行った。また、フォトルミネッセンス励起(PLE)スペクトルの測定やPLスペクトルの時間分解測定を行うことで量子箱内のキャリアー寿命の測定や量子箱内へのキャリアーの拡散に関するダイナミクスについての知見を得た。一方、色々なサイズの量子箱構造を作製し、それらのPLスペクトルのブルーシフト量のサイズ依存性を測定することで量子サイズ効果の3次元量子井戸幅依存性を測定し理論との比較を行った。現在、これらの実験結果のさらに詳しい解析により、いくつかの重要な知見を得ているが、これと平行して量子箱レーザーの試作や新しいタイプの量子箱レーザー構造の考案を行っている。

本研究では、まず電子ビーム描画法と化学エッチング法を用い、GaAs基板上にSiO_2の微細パターンを形成し、その上に減圧MOCVD法による選択成長を行うことでGaAs量子箱(量子ドット)構造の作製を試みた。また、その際化学エッチングの最適化、マスクサイズの微細化、および結晶成長条件の最適化を行うことで、良質なナノメータースケールの量子箱構造を再現性良く作製できる技術を確立した。そして、量子箱構造からの強い発光とブルーシフトを観測し、本研究における作製方法が量子箱の作製に有効であることを実証した。量子箱構造によるキャリアーの3次元閉じ込め効果の確認については、励起子からのフォトルミネッセンス(PL)スペクトルのブルーシフトの観測の外PLスペクトルの磁場依存性の測定により行った。また、フォトルミネッセンス励起(PLE)スペクトルの測定やPLスペクトルの時間分解測定を行うことで量子箱内のキャリアー寿命の測定や量子箱内へのキャリアーの拡散に関するダイナミクスについての知見を得た。一方、色々なサイズの量子箱構造を作製し、それらのPLスペクトルのブルーシフト量のサイズ依存性を測定することで量子サイズ効果の3次元量子井戸幅依存性を測定し理論との比較を行った。現在、これらの実験結果のさらに詳しい解析により、いくつかの重要な知見を得ているが、これと平行して量子箱レーザーの試作や新しいタイプの量子箱レーザー構造の考案を行っている。