フォトニック結晶導波路モードと量子ドット内電子準位共鳴によるキャリア緩和促進

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21760034
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 尾崎 信彦 Wakayama University, システム工学部, 准教授 (30344873)
• Keywords: フォトニック結晶 / 量子ドット / 超高速パルス分光 / 光非線形現象

Research Abstract

我々はこれまでフォトニック結晶導波路(PC-WG)と量子ドット(QD)を融合した、超小型、超低消費エネルギーの光-光方式スイッチを開発してきた。本研究では、QDを埋め込んだPC-WGの最適設計によって、QD内の励起キャリアの緩和時間を制御し、光スイッチの応答速度、繰り返し動作性能の向上を目指す。キャリア緩和時間制御の具体的な方法として、PC-WGモードにおける低群速度領域での高フォトン状態密度周波数を量子ドットのバンドギャップエネルギーに共鳴もしくは非共鳴させることによって緩和時間を短くもしくは長くすることを試みた。
研究実施は2ヵ年計画で、その1年目にあたるH21年度は、サンプル作製を中心に研究を推進した。MBE法により、InAs量子ドットをGaAs薄膜内の一部もしくは全面に埋め込んだ薄膜を用意し、電子線リソグラフィーとドライエッチングによりフォトニック結晶導波路を作製した。その際、フォトニック結晶の格子定数を系統的に変化させて導波路を作製した。これにより、高フォトン状態密度領域の周波数をシフトさせ、量子ドットのエネルギーと共鳴、非共鳴状態を作ることができる。
作製したサンプルの量子ドットにおけるキャリア緩和時間変化を2波長ヘテロダインポンプ・プローブ法により測定した。その結果、高フォトン状態密度領域の周波数と、埋め込まれた量子ドットの励起準位のバンド間エネルギーが共鳴した際、量子ドット内のキャリア緩和が速くなる傾向を見出した。これにより、量子ドットの緩和速度の制御の可能性が示唆され、量子ドットの速い緩和速度と強い光非線形性を利用した全光型超高速繰り返しスイッチ素子への応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Monolithic Fabrication of Two-Color InAs QDs for Integrated Optical Devices by Using a Rotational Metal Mask (2009)
  • Author(s): Nobuhiko Ozaki, Shunsuke Ohkouchi, Yoshiaki Takata, Naoki Ikeda, Yoshinori Watanabe, Yoshimasa Sugimoto, Kiyoshi Asakawa
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 48 Pages: 065502 1-065502 4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sequential Operations of Quantum Dot/Photonic Crystal All-optical Switch with High Repetitive Frequency Pumping (2009)
  • Author(s): Yoshinori Kitagawa, Nobuhiko Ozaki, Yoshiaki Takata, Naoki Ikeda, Yoshinori Watanabe, Yoshimasa Sugimoto, Kiyoshi Asakawa
  • Journal Title: J.Lightwave Technol. 27 Pages: 1241-1247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanophotonic technologies for innovative all-optical signal processor using photonic crystals and quantum dots (2009)
  • Author(s): Y.Sugimoto, N.Ikeda, N.Ozaki, Y.Watanabe, S.Ohkouchi, S.Nakamura, K.Asakawa
  • Journal Title: AIP Conf.Proc. 1147 Pages: 179-186
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Advanced quantum dot and photonic crystal technologies for integrated nanophotonic circuits (2009)
  • Author(s): Y.Sugimoto, N.Ikeda, N.Ozaki, Y.Watanabe, S.Ohkouchi, T.Kuroda, T.Mano, T.Ochiai, K.Kuroda, N.Koguchi, K.Sakoda, K.Asakawa
  • Journal Title: Microelectronics Journal 40 Pages: 736-740
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Monolithic Selective-area Growth of Two-Color InAs QDs with a Rotational Metal Mask for Integrated Optical Devices (2009)
  • Author(s): Nobuhiko Ozaki, Shunsuke Ohkouchi, Naoki Ikeda, Yoshimasa Sugimoto, Kiyoshi Asakawa
  • Organizer: 2^<nd> Int.Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures (SemiconNano 2009)
  • Place of Presentation: 阿南工業高等専門学校、阿南市、徳島県
  • Year and Date: 2009-08-11