新しいGaNAsSe半導体混晶による波長1.5μm帯広帯域光通信用光源の開発

• Project/Area Number: 15760232
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 植杉 克弘 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70261352)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 電子・電気材料 / 電子デバイス機器 / 結晶成長 / MBE・エピタキシャル / 量子井戸 / 量子ドット / GaAs / GaAsNSe / 光通信 / 歪補償 / III-V-N窒化物半導体 / InAs / GaAsN / MOMBE / GaNAs / GaNAsSe / GaInNAs / 多重量子井戸 / 負性抵抗 / ダイオード

Research Abstract

近年の高度情報化社会の発展に伴い光通信幹線のさらなる高速大容量化が要求されており、光ファイバ通信で低損失になる波長1.3〜1.55μm帯の広帯域光通信用光源の開発が重要である。本研究は独自に開発したGaNAsSe混晶を用いて、光ファイバ通信帯広帯域光源を開発することを目的とする。これまでにGaNAsSe/GaAs超格子を発光層とするp-n型ダイオードを作製し、中心波長1.35μmで250meVと広い半値幅を持つエレクトロルミネッセンスが確認されたが、1μm付近にもより大きな発光ピークが観測される。これは発光層のGaNAsSeが高い電子濃度を持つn型伝導を示すため、n型のGaNAsSe/GaAs超格子とp-GaAsとの間にダイオードのp-n接合が位置し、この領域で主に発光再結合するためである。これを解決するためにドーピングによるp-n接合位置の制御をさらに進め、GaNAsSe/GaAs超格子からの発光がドミナントなダイオードが作製できた。
また、より低次元構造の量子ドットの検討を進めた。InAs/GaAs量子ドットでは、下層のGaAs表面再配列構造の制御により量子ドットへのGa拡散が低減でき、オープンドット構造で1.5〜1.6μm帯で強く発光することを確認した。しかし埋め込み構造にすると量子ドットに加わる歪みにより短波長発光化する。これを解決するためにGaNAs/InGaAs短周期超格子による量子ドットの埋め込み構造を提案し、長波長発光化と発光量子効率の改善を確認した。さらにGaSb/GaAs量子ドットの検討も進め、窒素を添加してGaSb量子ドットを作製するとウェッティング層からの強い発光が低減でき、量子ドットからの発光がドミナントとなることを見いだした。量子ドットのサイズ揺らぎによる広い発光スペクトルが実現可能であり、光通信帯広帯域光源の実現が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Improved structural and luminescence homogeneities of InAs quantum dots with nitrogen-precursor supplies on their surfaces (2005)
  • Author(s): G.Sasikala, I.Suemune, P.Thilakan, H.Kumano, K.Uesugi, N.Shimoyama, H.Machida
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys.Lett. 44・50
• [Journal Article] Observation of clear negative diffraction resistance characteristics in GaAsNSe/GaAs and GaAsNSb/GaAs multiple quantum wells at room temperature (2004)
  • Author(s): K.Uesugi, M.Kurimoto, I.Suemune, M.Yamamoto, T.Uemura, H.Machida, N.Shimoyama
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures 21・2-4 Pages: 727-731
• [Journal Article] Observation of reflection high-energy electron diffraction oscillation during MOMBE growth of AlAs and related modulated semiconductor structures (2004)
  • Author(s): S.Ganapathy, P.Thilakan, M.Kurimoto, K.Uesugi, I.Suemune, N.Shimoyama
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures 21・2-4 Pages: 756-760
• [Book] "Dilute Nitride Semiconductors"Edited by M.Henini, Chapter 4 "MOMBE Growth and Characterization of III-V-N Compounds and Application to InAs Quantum Dots" pp.137-156. (2005)
  • Author(s): I.Suemune, K.Uesugi, S.Ganapathy
  • Total Pages: 630
  • Publisher: Elsevier Science Ltd
• [Publications] Zhou W, Uesugi K, Suemune I: "1.55 μm emission from GaInNAs with indium-induced increase of N concentration"APPLIED PHYSICS LETTERS. 83・10. 1992-1994 (2003)
• [Publications] Ganapathy S, Zhang XQ, Suemune I, Uesugi K, Kumano H, Kim BJ, Seong TY: "GaNAs as strain compensating layer for 1.55 μm light emission from In As quantum dots"JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 42・9A. 5598-5601 (2003)
• [Publications] Uesuei K, Kurimoto M, Suemune I, Yamamoto M, Uemura T, Machida H, Shimoyama N: "Observation of clear negative differential resistance characteristics in GaAsNSe/GaAs and GaAsNSb/GaAs multiple quantum wells at room temperature"Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures. 21・2-4. 727-731 (2004)