現在までの研究状況

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ポイント

  • ヒラギノ明朝W2、ヒラギノ角ゴシックW3/4/5、11.5pt 行間[固定値]16pt
  • 図の説明文は、見出し:ヒラギノ角ゴシックW4、本文:ヒラギノ角W3、10pt 行間[固定値]14pt、テキストボックス内に書いてます。
  • 左右インデント0.5字、段落前0.5行(枠線と最初の段落前は0.3行)
  • 研究の背景・問題点などを見出しをつけて説明していきますが、1つずつだと紙面が足りないので、似たようなものはまとめてみました(「研究の背景および問題点」など)。
  • 図や図の大きさは統一してあります(今回は70.7mm)。文字列の折り返しは[四角]。

 

解説

1.研究の背景および問題点

 量子細線を含めた低次元系において、デバイス特性の向上や新奇の物理現象の発現は、理論的に予測できることから基礎・応用を問わず高い関心を集めてきた。しかし、実際のデバイス作製およびその評価が困難なことから、低閾値化や温度依存性の減少などのデバイス特性の向上[Y. Arakawa et al. APL, 1982; A.Yariv, APL, 1988] に対する具体的な検証はいまだなされていない。

見出し、一般的な背景、問題点(一般的)を説明します。一般的な背景は自分の研究ではありませんので、あまりスペースを割かずサラッとした説明で十分です。

 

こうした中で、T型量子細線(図1)は細線の発光線幅が約1meV、量子ドットの発光線幅が約20meVと世界一の均一性を有していることから、光励起では一次元系の物理がこれまで集中的に調べられてきた。しかし、T型量子細線においても均一性に優れた電流注入T型量子細線レーザーが存在しなかったために、電流注入という点では1994年に4.2Kでのマルチモード細線発振が観測されたのみ[W.Wegscheider et al. APL, 1994]で研究が遅れていた。

具体的な研究の背景と問題点を説明します。ここ以降は自分の研究に関係するところなので、もう少し詳しく説明しますが、自分のこれまでの研究やこれからの研究計画には関係の無い部分まで説明してしまうと情報量オーバーになりますので、伝えるべき内容は吟味してください。

 

こうした研究の遅れにより、デバイス特性の定量的な測定や特性に応じた新たな構造を設計・作製することは大幅に遅れており、一次元半導体レーザーの物理の解明を困難なものにしていた。

こうした問題による弊害(最悪の未来)。何か問題があったから研究をしている(した)はずですので、その問題を書きます。

 

Q「なぜ山にのぼるのか」A「そこに山があるからだ」 このタイプの研究は、単にわかっていないというだけで研究がスタートしてしまっているケースで、後付でもいいので急いで弊害を考えてください。誰も困っていないのに研究を続けても、誰も喜びません。

 

2. 解決方策と研究目的(電極付けプロセスおよび試料構造の改善)

 均一性に優れた電流注入T型量子細線レーザーの研究を大きく前進させるには、作成・評価・再設計のサイクルを早めると共に、量子細線部へのキャリアの注入することが重要である。申請者は、米国Bell研のPfeiffer博士らとの共同研究のうち、申請者自身が担当している電極付けプロセスの工夫と試料構造の改善により、これらの問題を解決できるのではないかと考え、実用に耐えうるT型量子細線レーザーを作成することを目的として研究を行った。

解決の方策(アイデア)と研究目的。可能であれば、アイデアを裏付ける根拠(傍証)も説明したいところですが、私にはわかりませんので、割愛してあります。

 

3.研究方法とこれまでの研究経過

(1)エッチング精度の向上と、p側電極金属とpドープ層がオーム性接触となる深さの決定

 n側電極金属をAuGeNiからAuGeに変更し、[110]量子井戸へのNiによるダメージを除去した。これにより飛躍的に電流・電圧(I-V)特性を向上させることに成功した。同時に、各工程を最適化し作業時間を三割程度に短縮することに成功した。これらによって試料の作製・評価・再設計のサイクルを早めることが可能になり、本研究を行う上で大きな進歩となった。

(2)新しい試料構造の設計

 T型量子細線と隣接する量子井戸とのエネルギー差(ΔE)を大きくするため、各々の量子井戸の厚み・組成を変更した。T型量子細線では、より高温でのレーザー発振を実現するためにはΔEを大きくする必要があった。そこでΔE が約1.5倍の20meVになるように設計した(図1)。また、表面層をGaAsから、よりバンドギャップが大きい30%のAlGaAsへと変更することによって細線へのキャリア注入を可能にした。

研究方法と研究経過。研究方法の見出しは1行に収まるように工夫しました。個々の研究ごとに小見出し(ヒラギノ角ゴW3)をつけ、やったことと、達成したことを明確に記載するようにしました。あまり細かいことは省き、三割・1.5倍・30%など比較できる数値(改善が目に見える)を記載しました。

 

また、改ページのタイミングで、これらの項目の説明がちょうど終えられるよう(一つのセクションでページをまたがないよう)に文章量を工夫しました。

 

これらの工夫により、電流注入T型量子細線において世界最高である110Kおよび世界最広範囲である5~ 110Kでシングルモードでのレーザー発振を達成した。また、以前は定性的にしか測定されなかった光出力・電流(L-I)特性を定量的に測定し、そこから閾値電流と外部量子効率の温度依存性を導出した(図2)。最小閾値電流はノンドープのT型量子細線試料の光励起発振実験から見積もられる値の20倍という非常に大きな値であったため、顕微電界発光(EL)イメージ測定を行った。これにより、この試料構造において閾値を増加させている主要な原因は注入効率の低さにあることを明らかにした。これらの成果は日本物理学会で発表するとともに、米Applied Physics Letters誌に掲載された。

研究のまとめと、研究能力アピール。前ページまでの研究の結果、何がわかったのかを簡潔に書きました。論文発表はヒラギノ角ゴW4で示しています。

 

細線以外の構造からの発光が観測されたことから、注入された電子と正孔が細線外部で再結合が起こっていることを示している。電子は構造上[110]量子井戸に広く変調ドープされているので、 [001]量子井戸から細線へと注入される正孔がクラッド層を通り越して[110] 量子井戸内に広く分布していると考えた。このアイデアにより、正孔の細線への閉じ込めが弱いことや温度依存性を説明すること可能となった。この内容について、イタリアで行われるMSS13で発表を予定している。

研究の問題点と考察(今後の研究への布石)をしつつ、ここでもさりげなく業績アピールをします。一ページでの太字アピールはせいぜい2つか3つまでです。

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