2002 Fiscal Year Annual Research Report

サブバンド間遷移を用いた光通信域光半導体の基礎的研究

Research Project

Project/Area Number	14205057
Research Institution	Sophia University
Principal Investigator	岸野克巳上智大学, 理工学部, 教授 (90134824)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野村一郎上智大学, 理工学部, 助手 (00266074) 菊池昭彦上智大学, 理工学部, 助手 (90266073)
Keywords	量子準位間遷移 / ガリウムナイトライド / アルミニウムナイトライド / 分子線エピタキシー / 光通信 / 超格子 / 光集積回路 / ポンププローブ法
Research Abstract	本研究では、光通信波長帯(1.3〜1.55μm)における新しい光半導体として期待されるAlN/GaN系超格子結晶における超薄膜ヘテロ結晶成長技術の確立、サブバンド間遷移(ISBT)吸収特性の評価、およびサファイア基板上窒化物系光回路に向けた基礎技術の開発を行った。結晶成長にはRFプラズマで励起された窒素ガスを窒素源とする分子線エピタキシー(RF-MBE)法を用いた。分子線の供給パターンや成長温度を変えながらAlN/GaN超格子を成長し、層厚やISBT吸収スペクトルの成長条件依存性および基板面内分布を調べた。GaN層後の成長中断を減らすことにより急峻なヘテロ界面が得られることや低温成長により面内均一性が向上することなどがわかった。高Al組成AlN/GaN超格子結晶に対して、Siのバルクおよびデルタドーピングを試み、3-5モノレイヤの超薄膜のGaN井戸層でキャリア濃度2x10^<20>cm^<-3>という高濃度ドーピングに成功した。ポテンシャル形状のシミュレーションを行い、ドーピング領域の選択(井戸層、障壁層)、ドーピング法(バルク、デルタドーピング)およびドーピング濃度によるISBT波長への影響について解析した。高濃度ドーピングを行った292周期のAlN(11ML)/GaN(4ML)超格子結晶を用い、波長1.55μmのフェムト秒レーザによるポンププローブ法で超高速吸収緩和時間の観測に成功し、170フェムト秒の超高速緩和と1.1ピコ秒の遅い緩和の2つの過程が存在することを見出した。吸収緩和はp偏波にのみ観測され、ISBT吸収緩和であることが確認された。サファイア基板上のISBT窒化物系光回路の作製に向けた基礎実験として、光通信波長帯におけるGaN系光導波路の理論解析と基礎パラメータの測定(有効屈折率や自由キャリア吸収)、GaN光導波路による方向性結合器の試作を行い、窒化物系光導波路の有用性を実証した。また、AlN/GaN超格子を有する窒化物系ISBT光導波路構造において、波長1.55μmのレーザ光に対するISBT吸収の観測にも成功した。

Research Products
(17 results)

All Other

All Publications (17 results)

[Publications] K.Kusakabe et al.: "Overgrowth of GaN layer on GaN nano-columns by RF-molecular beam epitaxy"Journal of Crystal Growth. 237・2. 988-992 (2002)
[Publications] A.Kikuchi et al.: "AlN/GaN double barrier resonant tunneling diodes grown by rf-plasma assisted molecular beam epitaxy"Applied Physics Letters. 81・9. 1729-1731 (2002)
[Publications] K.Kishino et al.: "Intersubband transition in (GaN)_m/(AlN)_n superlattices in the wavelength range from 1.08 to 1.61 μm"Applied Physics Letters. 81・7. 1234-1236 (2002)
[Publications] M.Yonemaru et al.: "Improved responsivity of AlGaN-based resonant cavity-enhanced UV-photodetectors grown on sapphire by RF-MBE"Physica Status Solidi (a). 192・2. 292-295 (2002)
[Publications] K.Kishino, et al.: "Intersubband absorption at λ〜1.2-1.6μm in GaN/AlN multiple quantum wells grown by rf-plasma molecular beam epitaxy"Physica Status Solidi (a). 192・1. 124-128 (2002)
[Publications] K.Kishino et al.: "Improved molecular beam epitaxy for fabricating AlGaN/GaN heterojunction devices"Physica Status Solidi (a). 190・1. 23-31 (2002)
[Publications] 菊池昭彦他: "分子線エピタキシー法による高品質窒化物半導体の結晶成長と共鳴トンネルダイオードの作製"電子情報通信学会、信学技報. LQE2002-18. 69-72 (2002)
[Publications] 米丸昌男他: "AlGaN系紫外域共振型受光素子の作製と評価"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-98 LQE2002-73. 9-12 (2002)
[Publications] 菊池昭彦他: "AlN/GaN超格子を用いた1.2〜1.6μm光通信波長帯サブバンド間吸収の観測"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-102 LQE2002-77. 25-28 (2002)
[Publications] 米丸昌男他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光特性"第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 30a-T-3 (2003)
[Publications] 後藤芳雄他: "1.55μm光通信波長AlGaN/GaN方向性結合器の作製"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24p-B-5 (2002)
[Publications] 米丸昌男他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の作製"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 26p-YH-9 (2002)
[Publications] 金澤秀和他: "AlN/GaN超格子における光通信波長帯サブバンド間吸収スペクトル"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24a-YG-4 (2002)
[Publications] 橘哲生他: "AlN/GaN超格子構造における1.07μmサブバンド間吸収の測定"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24a-YG-5 (2002)
[Publications] 坂内亮他: "AlN/GaN二重障壁トンネルダイオードの作製"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29a-ZM-24 (2002)
[Publications] 金澤秀和他: "AlN/GaN超格子におけるサブバンド間吸収の測定"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29p-ZM-15 (2002)
[Publications] 米丸昌男他: "サファイア基板上AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光感度の改善"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29a-ZM-5 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

サブバンド間遷移を用いた光通信域光半導体の基礎的研究

Principal Investigator

岸野 克巳 上智大学, 理工学部, 教授 (90134824)

Research Products

[Publications] K.Kusakabe et al.: "Overgrowth of GaN layer on GaN nano-columns by RF-molecular beam epitaxy"Journal of Crystal Growth. 237・2. 988-992 (2002)

[Publications] A.Kikuchi et al.: "AlN/GaN double barrier resonant tunneling diodes grown by rf-plasma assisted molecular beam epitaxy"Applied Physics Letters. 81・9. 1729-1731 (2002)

[Publications] K.Kishino et al.: "Intersubband transition in (GaN)_m/(AlN)_n superlattices in the wavelength range from 1.08 to 1.61 μm"Applied Physics Letters. 81・7. 1234-1236 (2002)

[Publications] M.Yonemaru et al.: "Improved responsivity of AlGaN-based resonant cavity-enhanced UV-photodetectors grown on sapphire by RF-MBE"Physica Status Solidi (a). 192・2. 292-295 (2002)

[Publications] K.Kishino, et al.: "Intersubband absorption at λ〜1.2-1.6μm in GaN/AlN multiple quantum wells grown by rf-plasma molecular beam epitaxy"Physica Status Solidi (a). 192・1. 124-128 (2002)

[Publications] K.Kishino et al.: "Improved molecular beam epitaxy for fabricating AlGaN/GaN heterojunction devices"Physica Status Solidi (a). 190・1. 23-31 (2002)

[Publications] 菊池昭彦 他: "分子線エピタキシー法による高品質窒化物半導体の結晶成長と共鳴トンネルダイオードの作製"電子情報通信学会、信学技報. LQE2002-18. 69-72 (2002)

[Publications] 米丸昌男 他: "AlGaN系紫外域共振型受光素子の作製と評価"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-98 LQE2002-73. 9-12 (2002)

[Publications] 菊池昭彦 他: "AlN/GaN超格子を用いた1.2〜1.6μm光通信波長帯サブバンド間吸収の観測"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-102 LQE2002-77. 25-28 (2002)

[Publications] 米丸昌男 他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光特性"第50回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 30a-T-3 (2003)

[Publications] 後藤芳雄 他: "1.55μm光通信波長AlGaN/GaN方向性結合器の作製"第63回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. 24p-B-5 (2002)

[Publications] 米丸昌男 他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の作製"第63回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. 26p-YH-9 (2002)

[Publications] 金澤秀和 他: "AlN/GaN超格子における光通信波長帯サブバンド間吸収スペクトル"第63回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. 24a-YG-4 (2002)

[Publications] 橘哲生 他: "AlN/GaN超格子構造における1.07μmサブバンド間吸収の測定"第63回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. 24a-YG-5 (2002)

[Publications] 坂内亮 他: "AlN/GaN二重障壁トンネルダイオードの作製"第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 29a-ZM-24 (2002)

[Publications] 金澤秀和 他: "AlN/GaN超格子におけるサブバンド間吸収の測定"第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 29p-ZM-15 (2002)

[Publications] 米丸昌男 他: "サファイア基板上AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光感度の改善"第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 29a-ZM-5 (2002)

岸野克巳上智大学, 理工学部, 教授 (90134824)

[Publications] 菊池昭彦他: "分子線エピタキシー法による高品質窒化物半導体の結晶成長と共鳴トンネルダイオードの作製"電子情報通信学会、信学技報. LQE2002-18. 69-72 (2002)

[Publications] 米丸昌男他: "AlGaN系紫外域共振型受光素子の作製と評価"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-98 LQE2002-73. 9-12 (2002)

[Publications] 菊池昭彦他: "AlN/GaN超格子を用いた1.2〜1.6μm光通信波長帯サブバンド間吸収の観測"電子情報通信学会、信学技報. ED2002-102 LQE2002-77. 25-28 (2002)

[Publications] 米丸昌男他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光特性"第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 30a-T-3 (2003)

[Publications] 後藤芳雄他: "1.55μm光通信波長AlGaN/GaN方向性結合器の作製"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24p-B-5 (2002)

[Publications] 米丸昌男他: "裏面入射AlGaN系共振型紫外線受光素子の作製"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 26p-YH-9 (2002)

[Publications] 金澤秀和他: "AlN/GaN超格子における光通信波長帯サブバンド間吸収スペクトル"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24a-YG-4 (2002)

[Publications] 橘哲生他: "AlN/GaN超格子構造における1.07μmサブバンド間吸収の測定"第63回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 24a-YG-5 (2002)

[Publications] 坂内亮他: "AlN/GaN二重障壁トンネルダイオードの作製"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29a-ZM-24 (2002)

[Publications] 金澤秀和他: "AlN/GaN超格子におけるサブバンド間吸収の測定"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29p-ZM-15 (2002)

[Publications] 米丸昌男他: "サファイア基板上AlGaN系共振型紫外線受光素子の受光感度の改善"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 29a-ZM-5 (2002)