光情報通信基盤構築に向けた変形ポテンシャル量子マイクロ構造光制御デバイスの研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450029
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 多田 邦雄 横浜国立大学, 工学部, 教授 (00010710)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒川 太郎 横浜国立大学, 工学部, 助手 (40293170) ; 霜垣 幸浩 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (60192613) ; 中野 義昭 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (50183885)
• Keywords: 光制御デバイス / 光変調器 / 光スイッチ / 量子井戸 / 変調ポテンシャル量子井戸 / ポテンシャル制御量子井戸 / 進行波型光変調器 / InPドライエッチング

Research Abstract

1. 超高速・低電圧光変調デバイスの実現:吸収端よりも十分に長波長側の透明波長域で大きな電界誘起屈折率変化を得ることができる5層非対称結合量子井戸(FACQW)を応用して、これを20層積層した多重量子井戸層を光導波層に用い、アーム長2mmのマッハツェンダー干渉計型光変調デバイスに加工し、進行波型電極を形成した。これは世界最初の進行波型多重量子井戸光変調デバイスであるだけでなく、変調遮断周波数55GHz、スイッチング電圧3Vという超高速・低電圧特性値が実測され、従来の他の半導体光変調デバイスで報告されていた記録を更新した。
2. 5層非対称結合量子井戸の解析と改良:FACQWでの電界誘起屈折率変化△nは、上記実験から矩形ポテンシャル量子井戸における△nの3倍程度であることが判明したが、理論値よりは約1桁小さいと推定された。この差の原因を解明し差を縮めていくことは、今後の大きな課題であるが、その第一歩として、5層各層の層厚変動の影響についてシュミレーション解析を行った。その結果、中央部の三つの薄い層(二つの障壁層と一つの井戸層)の厚さの変動の影響よりも、むしろ両端部の二つの厚い井戸層の厚さの変動の影響の方が大きく、厚さが1モノレイヤー変動しても△nが数分の1に低下する場合が生じ得ることが判明した。併せて、△nをより大きくできる、あるいは△nの線形性を増大できる二、三の新しい量子井戸構造を見出した。
3. 長波長帯用光制御デバイス作製法の研究:長波長帯用変形ポテンシャル量子マイクロ構造光制御デバイスの作製のための分子線エピキタシー装置の整備を進めると共に、メタン・水素/酸素交互供給によるInPのECR-RIBEエッチングについて研究し、良好な表面平滑性と端面垂直性を得るためのプロセス条件を確立した。

Research Products

• [Publications] Hao Feng: "Field-Induced Optical Effect in a Five-Step Asymmetric Coupled Quantum Well with Modified Potential" IEEE J.Quantum Electronics. 34・7. 1197-1208 (1998)
• [Publications] Kunio Tada: "New Potential-Tailored Quantum Well Structures for Optical Modulators and Switches" 1998 International Photonics Conf.(IPC'98). (1998)
• [Publications] J.P.Pang: "Traveling-Wave Type Ultra-Fast and Low Voltage Optical Modulator Based on a New Potential-Tailored Quantum Well Structure" 1998 International Electron Devices and Materials Symposia(IEDMS'98). (1998)
• [Publications] J.P.Pang: "Multiple-Quantum-Well Traveling-Wave-Type Ultra-High-Speed Optical Modulator" Tech.Digest,Third Optoelectronics and Communication Conf.(OECC'98). 454-455 (1998)
• [Publications] Masaki Kato: "InGaAs/InAlAs Asymmetric Triple Coupled Quantum Well for Blue-Chirp Electroabsorption Optical Modulators" Tech.Digest,Third Optoelectronics and Communication Conf.(OECC'98). 450-451 (1998)
• [Publications] Masaki Kato: "Does Quantum Well with Mass-Dependent Width Work Well in Long Wavelength?" Conf.Proc.,Tenth International Conf.on Indium Phosphide and Related Materials(IPRM'98). 683-686 (1998)