2012 Fiscal Year Annual Research Report
量子ドットと半導体多層膜結合共振器構造を用いた超高速波長変換素子
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24360028
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
井須 俊郎 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 特任教授 (00379546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北田 貴弘 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 特任准教授 (90283738)
森田 健 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 特任講師 (30448344)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 微小共振器 / 超高速全光スイッチ / 非線形光学応答 / キャリア緩和 / MBE,エピタキシャル成長 / 化合物半導体多層膜 / 波長変換 |
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| Research Abstract |
本研究は、半導体多層膜による三つの共振器層を持つ三結合微小共振器構造と、超高速キャリア緩和特性を持つ半導体量子ドットを用いて、高効率な四光波混合を利用した超高速面型波長変換素子を実現することを研究目的としている。本研究課題を遂行する上での実施項目は、結合光共振器構造の設計と結晶成長による作製、量子ドットの非線形媒質としての特性改善、非線形光学応答測定による波長変換の評価、の三項目である。
H24年度は、結合光共振器構造の設計と結晶成長による作製に関しては、まず、共振器層の実効光学長やDBRの膜厚の均一性の要求精度をシミュレーションより見出し、結晶成長における制御性を定量的に明らかにした。共振器層を構成する半導体多層膜の高品質であることを保ちつつ、歪緩和バリア層に埋め込んだ量子ドット層の非線形特性の性能を向上するような共振器構造の適正化と結晶成長条件の最適化を図った。その結果、AlAs層をベースとした共振器層の中央に薄い格子歪緩和バリア層となるInGaAs層を設け、その中央にInAs量子ドットを挿入した構造が適していることを明らかにした。
量子ドットの特性改善においては、量子ドット形成後のDBR層の結晶成長を低温の基板温度にて行うことで、キャリア緩和の低速成分を低減できることを明らかにした。またEr添加により、1ピコ秒程度の超高速のキャリア緩和時間を持つことを明らかにした。
波長変換特性の評価に関しては、7既存の10ofsパルスレーザを用いた測定系により、まず量子ドットを含む単一の微小共振器構造において四光波混合信号測定を測定し、量子ドットによる非線形信号の増強を確認した。さらに、量子ドットを含まないGaAs共振器層による三結合共振器構造において、共振器モードのうちの二波長を含む光パルスを入射し、四光波混合により波長変換される第三のモードの光の発生をそのスペクトル観測から確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画にそって、適正な三結合共振器構造を明らかにすることができた。さらに試料作製のための結晶成長条件の適正化を行うことができ、ほぼ設計どおりの構造を持つ試料が作製できることを確認した。作製条件の揺らぎは残るものの、ほぼ順調に試料作製ができ、特性評価が行えた。非線形光学応答の評価のための光学系として、予定した性能を持つ光学測定系の構築を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
三結合光共振器構造については、H24年度の試作結果とシミュレーションを参照しながら、引き続き、構造と作製条件の総合的な最適化を進め、量子ドットを有する三結合共振器構造を作製する。量子ドットの特性改善については、ドット形状の均一性の更なる向上を図るとともに、量子ドットの成長温度、成長速度、歪緩和バリア層のIn組成、Erドープについても最適化を図る。共振器構造作製に要求される結晶成長の精度を満たすとともに、低速緩和成分の低減のための適正な結晶成長条件の適正化も引き続き行う。さらに、量子ドットのキャリア緩和については、新たなドーピング元素の探索や歪緩和バリア層の結晶欠陥のミクロな解析を行い、高速緩和のメカニズムと新たな量子ドットの作製方法を探究する。量子ドットの緩和時間計測は、主に積層量子ドットの試料を用いて可飽和吸収の時間分解測定により行っていく。波長変換特性の評価については、照射領域を十ミクロン程度の領域に絞れるよう、簡易な顕微光学系を用いた微細光学系を構築し、測定系の適正化・高精度化を図っていく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
直接経費次年度使用額236,714円のうち236,250円はすでに3月4日に納入された測定系構築のための物品の金額であり4月に支払い予定である。実質的な残額の464円は次年度直接経費3,900,000円のうちの物品費と合算して使用する。次年度の直接経費の物品費は、上記推進方策に基づいて、主に、試料の作製のための原材料、寒剤、プロセス材料、顕微光学系の構築のための部品、等の購入に使用する計画である。物品費以外は学会発表のための旅費、学会参加費としてのその他経費、実験補助の謝金を計画している.
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