半導体微小共振器中の励起子ポラリトンのエネルギー緩和過程の研究

半导体微腔激子极化子能量弛豫过程研究

• 批准号: 13750263
• 负责人: 熊野 英和
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750263/
• 关键词: II-VI族半導体; エネルギー緩和過程; 微小共振器; 自己組織化量子ドット; LOフォノン; キャビティポラリトン; ラビ分裂; 励起子ポラリトン; II-VI族化合物半導体; エネルギー緩和; CdS

フレーリッヒ相互作用による縦光学フォノンとの相互作用が大きなII-VI族半導体の量子ドット構造上のエネルギー緩和過程を連続光場中で検討を行った。更に、光波長程度のサイズを持つ微小な共振器構造を導入することで光場を離散化し、その内部での励起子と光場の相互作用の研究を行った。連続場中においては、ZnSe上にMOVPE法により形成した平均ドット高さ1.7ML〜6.6ML(密度約2x10^9cm^<-2>)のCdS自己組織化量子ドット構造を用いて発光及び励起スペクトルを測定した結果、発光スペクトルの励起波長依存性より、エネルギー的にフォノンと結合可能な準位を持つドットにフォノン放出過程による高速な励起子の分布が生じること、また、励起スペクトルにより検出するエネルギー(ドット集団の中から特定のサイズを持つドットを選択することに対応)をチューニングして緩和効率を検討した結果、励起子とLOフォノンに結合強度はドットサイズに強く依存し、より小さなドットの場合に高効率なエネルギー緩和が生じることが判った。更に、CdS自己組織化量子ドットをDBRミラーを含めた全構成要素をII-VI族半導体で形成した微小共振器構造の電場振幅の最大部分に埋め込んだ構造を形成し、その発光スペクトルを共振器モードとドット発光との離調度の関数として測定及び解析した結果、約3meVのRabi分裂を明瞭に観測した。これは量子ドットと共振モードとの間の強い結合を示す初めての成果であり、II-VI族半導体における振動子強度がIII-V族半導体に比べて約200倍増大するとの理論的予見に基づき実現されたと解釈される。これらの成果は、キャビティポラリトンを利用して無閾値VCSELへ道を拓くものであり、今後更なる高性能化を図るべくより励起子-光場相互作用を増進出来る3次元的な光場の閉じ込めが可能な高Q値を有するピラミッド型微小共振器への移行を目指していく。

The interaction between the two molecules is discussed in the quantum structure of II-VI semiconductors. In addition, the study on the dispersion of optical field, the interaction of optical field and internal excitation is carried out. The average height of CdS self-organized quantum structure formed by MOVPE method on ZnSe and ZnSe in continuous field is 1.7ML ~ 6.6ML(density is about 2x10^9cm^<-2>). The results show that the excitation wavelength dependence of emission and excitation is determined. The excitation wavelength dependence of emission and excitation is determined. The excitation wavelength distribution of CdS self-organized quantum structure is determined. The results of the investigation of the mitigation efficiency of the excitation and LO components show that the bonding strength of the excitation and LO components is strongly dependent on the specific component, and the mitigation efficiency of the excitation and LO components is high. In addition, CdS self-organized quantum structure includes all components of II-VI semiconductor, and the maximum part of electric field amplitude of the micro-resonator structure is formed. The optical emission of the micro-resonator is measured and analyzed. The Rabi split of about 3meV is clearly measured. The theoretical basis for this study is that the oscillator strength in III-VI semiconductors is about 200 times greater than that in III-V semiconductors. The results of this research include: (1) the use of VCSEL channel without threshold value,(2) the development of high performance VCSEL channel,(3) the increase of excitation-optical field interaction,(4) the close of three-dimensional optical field,(5) the possibility of high Q value,(6) the migration of VCSEL microresonator.

项目成果

熊野 英和: "Modified spontaneous emission properties of CdS quantum dots embedded in novel three-dimensional microcavities"Physica E. 13(2-4). 441-445 (2002)

Hidekazu Kumano：“嵌入新型三维微腔中的 CdS 量子点的改进自发发射特性”Physica E. 13(2-4) (2002)。

上田 章雄: "Study of resonance wavelengths in II-VI semiconductor photonic dots : Pyramidal size dependence and luminescence properties"Phys. stat. sol. (b). 229, (2). 971-976 (2002)

Akio Ueda：“II-VI 半导体光子点的共振波长研究：金字塔尺寸依赖性和发光特性”Phys stat. 229，（2）。

末宗 幾夫: "Longitudinal-Optical-Phonon-Assisted Resonant Excitations of CdS Quantum Dots Embedded in ZnSe/(ZnSe-MgS Superlattice) Microcavities"Phys. stat. sol. (b). 229, (2). 961-969 (2002)

Ikuo Suemune：“ZnSe/(ZnSe-MgS 超晶格) 微腔中 CdS 量子点的纵向光学声子辅助共振激发”Phys 229，(2)。 ）

俵 毅彦: "Strong coupling of CdS quantum dots to confined photonic modes in ZnSe-based microcavities"Physica E. 13(2-4). 403-407 (2002)

Takehiko Tawara：“CdS 量子点与 ZnSe 基微腔中受限光子模式的强耦合”Physica E. 13(2-4) (2002)。

熊野 英和: "Longitudinal-optical-phonon-assisted energy relaxation in self-assembled CdS quantum dots embedded in ZnSe"Journal of Applied Physics. 92. 3575-3578 (2002)

Hidekazu Kumano：“嵌入 ZnSe 中的自组装 CdS 量子点的纵向光学声子辅助能量弛豫”应用物理学杂志 92. 3575-3578 (2002)