高品質半導体量子細線・量子井戸レーザー中のキャリア分布と利得

高质量半导体量子线/量子阱激光器中的载流子分布和增益

• 批准号: 09J08412
• 负责人: 丸山 俊
• 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 JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08412/
• 关键词: 半導体低次元構造; 光物性; 半導体レーザー; 顕微分光測定; 励起子; 準熱平衡分布; 国際情報交換; アメリカ

本研究は、高品質半導体量子細線・量子井戸内の光励起キャリアのエネルギー分布を解明することを目的としている。本年度は(1)非ドープ量子井戸における非平衡キャリア分布の特徴付けと(2)共鳴Rayleigh散乱(RRS)とHeitler効果の関連性について検討を行った。(1)に関しては、量子井戸に対する非共鳴励起条件下で形成される非平衡分布の定量評価と物理的解釈の検討を行った。熱平衡(Kennard-Stepanov)関係式とのズレを調査した結果、この非平衡分布は、励起子と連続状態の二つの部分系がそれぞれ準熱平衡状態となるが、二つの部分系の間には非平衡が生じるという極めて特徴的なものであることが特定できた。非平衡の度合いは低温ほど増大し、励起子と連続状態のキャリア数の比の準熱平衡状態からのずれは330倍(7K)にも達することが分かった。3準位モデル解析の結果、この非平衡の度合いは基底状態・励起子状態・連続状態の3準位間の遷移レートで合理的に説明できることも示せた。今回観測された非平衡は、励起子と連続状態の化学ポテンシャルがずれた状態、と表現することもでき、化学反応における親和力(Affinity)と直接関連することも示した。本研究による非平衡分布の評価手法の確立と、励起子系の非平衡状態の解明は、半導体光物性だけでなく非平衡物理の分野でも重要な意義を持つ。(2)に関しては、前年度までに明らかになった、RRSとPLEスペクトル形状の相関関係の物理的意味を検討した。文献調査の結果、本研究の結果は、二準位原子系における共鳴蛍光、特にその極限的状況(分極緩和時間が輻射緩和時間に比べて十分長い状況)であるHeitler効果における発光成分と散乱成分の強度の相補的関係を、量子井戸においてはじめて確認したことに対応することが分かった。このことは、RRSは量子井戸の界面ラフネス(不均一)によって局在した励起子が散乱体となるため生じるとする従来のRRSの起源の理解を修正・深化させる重要な一歩である。

这项研究旨在阐明高质量半导体量子线和量子井中光激发载体的能量分布。今年，我们研究了（1）未12级量子井中非平衡载体分布的表征，以及（2）共振瑞利散射（RRS）与Heitler效应之间的关系。关于（1），研究了对量子井的非谐波激发条件下形成的非平衡分布的定量评估和物理解释。由于研究了热平衡（Kennard-Stepanov）关系的差异，因此确定这种非平衡分布极为明显，因为两个子系统（激子和连续状态）在验平衡状态下，但在两个子系统之间发生了一个非平衡状态。发现在较低的温度下，非平衡程度的增加程度，并且激子中载体数量与连续状态的比率偏离了Quasithermal平衡状态的偏差达到330次（7K）。三级模型分析的结果还表明，非平衡的程度可以通过三个级别之间的过渡速率合理地解释：基态，激子状态和连续状态。观察到的非平衡也可以描述为激子和连续状态的化学电位的状态，并且也证明它与化学反应中的亲和力直接相关。建立一种评估非平衡分布和阐明激子系统非平衡状态的方法，不仅在半导体光学特性领域，而且在非平衡物理领域都具有重要意义。关于（2），我们研究了RR和PLE光谱形状之间相关性的物理含义，这些相关形状已显示为前一年。文献调查的结果表明，这项研究的结果对应于量子井中的第一个确认，即在二级效果的情况下，发光和散射成分的强度与散射成分之间的互补关系相对应（这是极限的情况（与辐射时间相比，极化松弛时间足够长）。这是修改和加深我们对常规RR的起源的理解和加深的重要一步，即RRS发生是因为量子井的界面粗糙度所定位的激子成为散射器。

项目成果

Temperature-dependent radiative lifetime of excitons in high qualitv T-shaped quantum wires

高质量 T 形量子线中激子的温度依赖性辐射寿命

• 发表时间: 2010
• 作者: Maejima K.;Himeno M.;Komatsu K.;Takinami Y.;Hashimoto M.;Takahashi S.;Yamaji Y.;Oshima K.;Namba S.;陳少強
• 通讯作者: 陳少強

点励起Hakki-Paoli法による半導体量子井戸レーザーの導波路モード評価

点激发Hakki-Paoli法评估半导体量子阱激光器的波导模式

• 发表时间: 2010
• 作者: 金昌秀;望月敏光;吉田正裕;陳少強;丸山俊;秋山英文;Loren N,Pfeiffer;Ken W.Weat
• 通讯作者: Ken W.Weat

Wavelength-dependent short pulses generated by gain switching in optically pumped ridge quantum-well lasers

光泵脊量子阱激光器中增益切换产生的波长相关短脉冲

• 发表时间: 2011
• 作者: Yamaji Y.;Maejima K.;Komatsu K.;Shiraishi T.;Okano Y.;Himeno M.;Sugawara K.;Neriya Y.;Minato N.;Miura C.;Hashimoto M.;Namba S.;丸山俊;陳少強
• 通讯作者: 陳少強

リッジ型光励起量子井戸レーザーにおけるレーザー発振特性と利得の定量的評価

脊型光泵浦量子阱激光器激光振荡特性和增益的定量评估

• 发表时间: 2011
• 作者: Ishikawa K.;Maejima K.;Nagashima S.;Sawamura N.;Takinami Y.;Komatsu K.;Hashimoto M.;Yamaji Y.;Yamamoto J.;Namba S.;伊藤隆
• 通讯作者: 伊藤隆

GaAs量子井戸の発光励起スペクトルにおける共鳴レーリー散乱の寄与

共振瑞利散射对 GaAs 量子阱发射激发光谱的贡献

• 发表时间: 2010
• 作者: 丸山俊;望月敏光;吉田正裕;秋山英文;Loren N.Pfeiffer;Ken W.West
• 通讯作者: Ken W.West