研究目的・内容（学振）（旧版）

研究目的

本研究はT型量子細線を用いて、現在までに得られているノンドープ試料の光励起による実験結果（利得・吸収および発振特性）[Y.Hayamizu et al. APL, 2002]と比較して、一次元の物理について議論可能な電流注入レーザーの開発を行うことを目的とする。また、デバイス特性や一次元性を実験と理論の両側面から比較し、一次元半導体レーザーの物理を明らかにする。

研究内容

（１）試料の開発

試料構造の開発には作製・評価・再設計のサイクルが早いことが有効である。申請者はこれまでに作製プロセスの短縮化を達成した。そこで本研究では、評価プロセスの短縮に取り組む。

（1-1）測定系の構築：閾値電流は一度に大量に測定できるのに対し、微分利得は時間のかかるクライオスタットを用いて一つずつしか測定できない。そこで、閾値電流から試料品質を判断し、良いものに対してのみ微分利得を評価することで、評価プロセスを改善することを目指す。すでに、クライオスタットを用いた光学系は構築を終え、今後は改善を含めて測定系全体を構築する。また、機器制御プログラムを開発し測定を自動化・簡便化することでも改善を目指す。

（1-2）測定系の構築：電流注入方法の異なるもう一つの電流注入T型量子細線試料を用いることで、試料構造の問題点を明らかにし、特性を決定している要因を明らかにすることを目指す。構造が大きく異なると試料間の比較は困難であるため、構造を少しずつ変更させながら試料の測定を行い、理論との比較に適した試料の開発を行う。

（２）一次元レーザー物理の解明

実験と理論から1次元系のレーザー物理について理解を深めていく。具体的には、閾値電流・微分利得・温度依存性のデバイス特性の測定とあわせて利得吸収スペクトル測定を行い一次元電子正孔系における利得発生メカニズムを明らかにする。

（2-1）吸収スペクトルの測定：利得吸収スペクトルは導波路放出光に現れるFabry-Perot振動の解析から求められる（図4）。この解析方法として精度が良いCassidy法[D. T. Cassidy, Applied Optics. 1983, J. Appl. Phys. 1984] を採用し、そのための解析用プログラムはすでに開発を終えている。導波路放出光をS/N比よく検出するために顕微分光に挑戦する。これについても、すでに着手しており、図4に示すように、現状でもかなりのS/N比で検出できている。

（2-2）量子井戸レーザーとの比較：次元性の影響を明らかにするため、T型量子細線レーザーに加え量子井戸レーザーでもデバイス特性測定および利得吸収スペクトル測定を行う。実験的に量子井戸との比較を行うことによって、異なる次元系による各種測定結果の違いから低次元化による影響を明らかにし、一次元レーザー物理の解明への足がかりにする。

（2-3）既存の理論及び新しい理論との比較：理論計算[F.Tassone et al. PRL, 1999]との比較および大阪大の小川理論グループと共同して、現実の系に即した理論計算も進める。