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Arm-Stem 電流注入型 T 型量子細線レーザーの発振特性

Arm-Stem 電流注入型 T 型量子細線レーザーの発振特性. 東京大学　物性研究所　秋山研究室　 M2 　岡野真人 2006/6/29 at 大阪大. 0. 序論　　　～ T 型量子細線について～ 1. 背景　　　～なぜ電流注入型なのか～ 2. 試料構造　～ 2 種の試料の簡単な紹介～ 3. 実験結果 1 　～利得吸収スペクトル解析～ 4. 実験結果 2 　～発振閾値の温度依存性～ 5. まとめ・今後の展開. ↑ メリット：構造が制御しやすい。非常に均一性が高い。 ↓デメリット：作製が困難。品質が成長条件に大きく依存。. 0. 序論　～Ｔ型量子細線について～.

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Arm-Stem 電流注入型 T 型量子細線レーザーの発振特性

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  1. Arm-Stem電流注入型T型量子細線レーザーの発振特性Arm-Stem電流注入型T型量子細線レーザーの発振特性 東京大学　物性研究所　秋山研究室　M2　岡野真人 2006/6/29at 大阪大 0.序論　　　～T型量子細線について～ 1. 背景　　　～なぜ電流注入型なのか～ 2.試料構造　～2種の試料の簡単な紹介～ 3. 実験結果1　～利得吸収スペクトル解析～ 4.実験結果2　～発振閾値の温度依存性～ 5.まとめ・今後の展開

  2. ↑メリット：構造が制御しやすい。非常に均一性が高い。↑メリット：構造が制御しやすい。非常に均一性が高い。 ↓デメリット：作製が困難。品質が成長条件に大きく依存。 0.序論　～Ｔ型量子細線について～

  3. 1.背景　 ～なぜ電流注入型なのか～ 量子細線レーザーは量子井戸レーザーに比べ、低閾値になることが期待されている。 ↓ 電流注入型Ｔ型量子細線レーザーからの発振は1994年に　W. Wegscheiderらによって報告されている。 しかし、均一性はあまりよくなかった。(Ith＝0.4～0.8ｍA) ↓ 近年、我々の研究により均一性の高いＴ型量子細線が作製可能となった。 ↓ 電流注入型Ｔ型量子細線レーザーを作製し、評価する。 低閾値の検証と、量子細線レーザーの物理の解明を目指す。 メリット：電流からキャリア密度が見積もれる(閾値) 　　　　　光出力を測定するのが容易(外部量子効率)

  4. 2-1.試料構造　 ～2種の試料の簡単な紹介～ 電子はArm wellから 正孔はStem wellから Arm-Stem電流注入型 電子はArm wellから 正孔もArm wellから Arm-Arm電流注入型

  5. 2-1.試料構造　 ～2種の試料の簡単な紹介～ 内部量子効率、内部損失が同じであると考えると閾値、外部量子効率は注入効率の差を表していると考えられる。

  6. 2-2.Arm-Stem電流注入型の試料構造　

  7. 実験結果 0.序論　　　～T型量子細線について～ 1. 背景　　　～なぜ電流注入型なのか～ 2.試料構造　～2種の試料の簡単な紹介～ 3.実験結果1　～利得吸収スペクトル解析～ 4.実験結果2　～発振閾値の温度依存性～ 5.まとめ・今後の展開

  8. ３-1. 低電流領域でのEL (HRコートなし) un-coated ELの強度は強くなっていくが、スペクトル形状に変化はない。

  9. ３-２. 低電流領域での利得吸収スペクトル un-coated cf.光励起　(Vb=2.1V) 発光強度が増加しても、利得が増加しない。 電子と正孔の濃度がアンバランスに増加しているからだろう。

  10. 3-3. 電流によるEL Imageの変化 Ib = 10uA Vb=1.64V 主にコア層から発光 コア層の外側の構造からの発光が観測できる Ib =2.0ｍA Vb=4.19V 正孔が細線から溢れ出していることを示唆

  11. 3-４. キャリアの閉じ込め 従来のArm-Stem型 正孔がwireを通り過ぎてarmの方へと流れ出しているのか？ 正孔の閉じ込めが弱いからか？

  12. 3-４. キャリアの閉じ込め 新しいArm-Stem型 正孔がstemの高い障壁によってwireに閉じ込められる？ 電子の方は影響がないと考えられるが、、、？

  13. 4.発振特性　(HRコートした試料) T=100K 閾値電流及び 外部量子効率の温度依存性 ELスペクトル I-V,I-L特性 閾値電流、外部量子効率ともに100Kが最もよい値を示す Arm-Arm型とは明らかに異なる特徴(電荷輸送の影響？)

  14. 5.まとめ １．低電流領域ではELの強度は増加するが､利得に変化が見 　　られない。 細線部で正孔濃度が過剰 ２．HRコートした試料では発振が確認されたが、性能はあ 　　まりよくない。100Kで最もよい特性を示す。 注入効率が悪い　　新しい構造によって改善される（？） 　　電荷輸送の影響　　どう評価するべきか？ 今後の展開 １．HRコートしていない試料を用いて利得の変化を測定 ２．nとpを入れ替えた試料を測定し、閉じ込めの影響による 　　注入効率の変化を比較する

  15. Fin. Thank you for your kind attention. See you next time…

  16. 4-２.I-L特性の温度依存性

  17. 4-３.温度変化　(HRコートした試料) 各温度で8～10meV程度ピークがレッドシフトする。 ↓ 温度によるBGの変化が表れているとすると ５K→50K 40K→70K 100K→125K 120K→150K 温度上昇で考えるのは妥当か？(QCSE、BGR？)

  18. ３-5. 光励起導波路放出光スペクトル at 5K 励起強度に伴って利得が増加 正孔と電子がバランス→利得発生

  19. ゆっくりと利得が発生していく。変化し始めるのは40ｍW以下。利得がブロード。ゆっくりと利得が発生していく。変化し始めるのは40ｍW以下。利得がブロード。 利得の変化が比較的大きい。変化し始めるのは同じく40ｍW以下。 明らかに変化し始めるのが遅い。変化し始めるのは70ｍW。 光励起によって作られたキャリアが、電流によって注入されたキャリアよりも多くなったときに変化が起こるのか？

  20. Waveguide Emissionの電圧依存性 バイアス電圧が2Vの近傍では、下側包絡線のピーク(P1)は上側包絡線のピーク(P2)よりも高エネルギー側にある。 ドープなし試料と同じ傾向 ELが強くなってくるとその影響で、P1は徐々にP2の低エネルギー側に移動。 過電圧による低エネルギー側の吸収の増加を示唆？？

  21. Cassidy法による利得吸収スペクトル導出 α：吸収係数 R ：反射率 （Free Spectral Range）

  22. Photo Luminescenceスペクトル at 5K IVは非常にきれいで、低温ではleakしない。 少し均一性は悪いが、高品質な試料が作製できた。

  23. 高電流時(Ib=2.0mA)のEL-Image

  24. 低電流時(Ib=10uA)のEL-Image

  25. 利得吸収スペクトルの電圧依存性 1.2～1.9Vでの利得の変化は、励起強度依存性に近く、徐々に細線にキャリアが注入されていっていると推測される。 しかし、1.9～3.9Vでは明らかに利得が減少していっているのがわかる。 利得の減少がキャリアの減少によるものであれば、上と下の図はほとんど同じになるはずだが、明らかに異なる。 つまり、利得の減少はキャリアの減少ではなく、なんらかの吸収の増加によるものと考えられる。

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