新しい低次元量子構造の光学特性とその機能光デバイス応用

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本研究では、低次元量子構造の応用として、歪補償低次元量子構造の微細化・高品質化および高密度化を推進して、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザ、および新しい低次元量子構造の光学特性を理論・実験より明らかにすると共に、それを応用した新しい機能光デバイスの基礎を確立することを目的としている。本年度は昨年度実現した歪補償量子細線レーザの室温連続動作寿命試験を行うと共に、量子細線幅の不均一性の評価、及び歪分布を考慮した量子細線の工学利得の偏波異方性の理論解析を行い、以下に挙げる成果を得た。1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法(トップダウン的手法)によって、量子細線幅23nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザ(量子細線幅23nm、周期80nm)の室温連続動作条件下での寿命試験を行い、10,000時間以上経過後も特性劣化が生じないことを確認した。この結果より、本研究で開拓した極微構造形成法は、実用水準の光デバイス作製に有望な低損傷界面を実現できることを明らかにした。2)さらに、極微構造形成を推進し、量子細線幅14nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザを実現した。3)極微構造形成プロセスを検討した結果、幅27nmおよび18nmの多層歪量子細線構造において、細線幅の揺らぎ(標準偏差)が±10%以下の高い均一性が得られることを実証した。4)歪量子井戸構造を極微加工して得られる量子細線構造に残留する歪応力を考慮したバンド構造解析を世界で初めて行った。その結果、従来の理論解析では説明できなかった、細線幅に対する遷移エネルギーのブルーシフト量の実験結果を説明できることを明らかにした。5)さらに、異なる量子細線幅に対して、歪応力分布を考慮した量子細線における光学利得の偏波依存性を理論解析より明らかにした。