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積層InAs量子ドットの特殊な場合として、量子ドット間の障壁層がなく量子ドットがコラム型に直接接合した構造(コラム型InAs量子ドット)の成長が報告されている。この結果を解釈するために、コラム型量子ドットの偏光特性の積層数依存性(積層数1〜9)を、Valence-Force-Field法による歪分布の計算とそれに基づく8バンドk・p法による電子構造の計算により理論解析した。その結果、コラム型量子ドットの遷移強度スペクトルでは、積層数増加に伴いTM成分の増大とTE成分の低下が起き、積層数が7から9に増加するときにTE/TM>1からTE/TM<1に変化することが明らかになった。これは実験結果を非常によく再現しており、理論計算の結果からも、積層数が8に近い場合に偏波無依存(TE/TM=1)の特性が得られると予測される。この結果より、コラム型量子ドットを活性層に用いることにより、偏波無依存特性を有する半導体光増幅器が実現出来ることが明らかになった。また、波動関数を解析した結果、TM成分の増加は、正孔状態中のlight-hole成分の増加に起因することがわかった。このことは、コラム型ドット中央部における2軸性歪の低下に起因する。また、圧電効果によりTE、TM成分共に遷移強度が低下することもわかった。励起子の束縛エネルギーは、積層数の増加に伴いほぼ線形に低下する。このような、励起子効果による遷移強度スペクトルの補正も行った。

【研究分担者】
荒川泰彦	東京大学	先端科学技術研究センター	教授	(Kakenデータベース)