微小共振器構造量子井戸を利用した間接遷移型光学遷移におけるフォノン放出過程の抑制

利用微腔量子阱结构抑制间接光学跃迁中的声子发射过程

基本信息

批准号：
07837003
负责人：
深津晋
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、間接遷移型物質に固有のフォノン放出過程を制御し、光学遷移を人為的に変更することである。このために高反射率鏡をもつ微小共振器構造を作製し、SiGe/Si歪量子井戸のような間接遷移物質発光活性層に自然放出制御理論を適用することを考えた。この原理に基づき、SiGe量子井戸を光子場振幅ゼロの位置に配置しフォノン放出抑制を検証することを目指した。本研究によって以下のような成果を得た。1.高反射率鏡の形成エピタキシャル成長を駆使してSiGeブラッグ反射器作製に成功し、1ミクロン帯において70%以上の反射率を40周期のSi/SiGe多層膜によって実現した。隘路事項として界面平坦性と、活性層の光学的特性の低下が課題として残された。この問題を解決すべく、埋込SiOx基板の屈折率ステップを積極的に利用した。この基板上への活性層導入によって反射率80%に達するファブリペロ-エタロンを実現し、活性層最適化によって室温発光の1ミクン帯光学変調に成功した。2.微小共振器構造 1ミクロン帯反射共振器を伝達行列法によって設計し、SiGe/量子井戸/SiGe,SOI/SiGe共振器の作製に成功した。高効率Si/SiO_2反射鏡に関しては、結晶成長と熱処理によって可視域一波長尺度共振器の作製に成功し、自然放出制御への道を拓いた。3.時間分解測定と素子化の検討時間分解蛍光測定系を整備し、微小共振器内量子井戸の発光過程を詳しく調べた。その結果、共振器内位置に応じてフォノン介在遷移が非フォノン過程とは異なる寿命の温度変化を示す効果を新たに見いだし、光子場制御を肯定する結果を得た。これと並行して歴史的難問であったSiGe緩和膜における転位関与発光にメスを入れ、その発光起源を明らかにした。さらに応用にも着手し、SiGe共振器において電流注入による発光に成功し、素子化への確実な足がかりを得た。

这项研究的目的是控制间接跃迁材料固有的声子发射过程并人为地修改光学跃迁。为此，我们制作了具有高反射率镜面的微腔结构，并考虑将自发发射控制理论应用于SiGe/Si应变量子阱等间接跃迁材料的发光有源层。基于这一原理，我们旨在通过将SiGe量子阱放置在光子场振幅为零的位置来验证声子发射抑制。这项研究取得了以下结果。 1.高反射率反射镜的形成我们利用外延生长成功制备了SiGe布拉格反射器，并使用40周期Si/SiGe多层薄膜在1微米波段实现了超过70%的反射率。仍然存在的瓶颈问题包括界面平坦度和有源层光学性能的恶化。为了解决这个问题，我们积极利用嵌入式 SiOx 基板的折射率阶跃。通过在该基板上引入有源层，我们实现了反射率为80%的法布里-珀罗标准具，并且通过优化有源层，我们成功地对1微米波段的室温光发射进行光学调制。 2.微谐振器结构采用传输矩阵法设计了1微米波段反射谐振器，并成功制作了SiGe/量子阱/SiGe和SOI/SiGe谐振器。在高效Si/SiO_2反射器方面，我们通过晶体生长和热处理成功制备了可见光区域的单波长尺度谐振器，为自发发射控制铺平了道路。 3.时间分辨测量和装置实现的考虑我们准备了时间分辨荧光测量系统，并详细研究了微腔内量子阱的发光过程。结果，我们发现了一种新效应，其中声子介导的跃迁根据腔内的位置显示出与非声子过程不同的寿命温度变化，并获得了支持光子场控制的结果。同时，我们解决了弛豫SiGe薄膜中与位错相关的发光这一历史难题，并阐明了发光的起源。此外，我们开始应用该方法，并成功通过在 SiGe 谐振器中注入电流来发光，为我们在器件开发方面奠定了坚实的基础。