2013 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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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
井須 俊郎 徳島大学, 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, ソシオテクノサイエンス研究部, 特任准教授 (90283738)
森田 健 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (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、半導体多層膜三結合微小共振器構造と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、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、量子ドットの特性改善、波長変換特性の評価、の三項目である。
H25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、三つのAlAs共振器層の一つにのみ格子歪緩和InGaAsバリア層に埋め込んだInAs量子ドット層を挿入した構造の三結合共振器構造の作製を行った。また、InAs量子ドットを含む共振器層のAlAs層部分のMBE成長の際に基板回転を止めることによって意図的に膜厚分布を導入した試料を作製し、共振器層の実効光路長の変化に対する共振器モード波長の変化について実験的に調べた。その結果、結晶成長における膜厚制御性の精度を実験的に明らかにするとともに、実効光路長の等価な三結合共振器を作製することができた。
量子ドットの特性改善においては、三元化合物の相分離を応用した新しいSKモードによる量子ドット形成という提案に注目し、量子ドットからの発光特性が大きく改善することを確認した。
波長変換特性の評価に関しては、これまでの実験において得られた波長変換された四光波混合信号が縮退四光波混合信号と比べて弱かった原因を探求した。その結果、第三の共振器モード波長が波長変換光と正確に等しくないためであり、それは結晶成長時おけるDBRの膜厚のわずかな不均一性や共振器層の実効光路長の不均等性から生じるものであることを明らかにした。また、四光波混合信号の増強のためには波長間隔が一致するだけではなく、三つの共振器層の実効光路長が等しいことが重要であることを明らかにした。さらに波長変換のより明確な検証と定量的特性評価のために、独立した二波長での四光波混合信号測定のための新たな光学系の構築を進めた。
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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、量子ドット含む三結合共振器構造の試料作製を行い、三つの共振器層の実効光路長が等しい適正な構造の作製ができた。
量子ドット特性改善のための手法として予備的実験で期待される結果を得ることができている。
波長変換特性の評価のための新たな光学系として、独立した二波長での四光波混合信号測定の光学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、三つの共振器層の実効光路長の等価性を保持するため作製条件の制御性の向上を図りながら引き続き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、量子ドットの成長温度、成長速度、埋め込み層組成、ドーピングなど、その作製条件を最適化することにより、形成ドット形状の均一性の向上、緩和の高速化、低速緩和成分の低減、非線形性の向上などを図る。特にErドープによる緩和時間の超高速化についての特性の解明を進めるとともに、AlAsキャップ層の効果については発光特性についても探求し、InGaAsバリア層への依存性などその種々の特性を明らかにする。また、量子ドットの特性制御のための新たな作製方法としての確立を目指す。量子ドットの緩和時間計測は、主に積層量子ドット試料を用いて可飽和吸収の時間分解測定により行う。
波長変換特性の評価については、まず現状の測定系において、三結合共振器構造における四光波混合信号の観測から波長変換特性の検証をおこない、その波長変換特性の構造による依存性を明らかにする。また励起光と入力光の波長の縮退四光波混合信号の影響を抑えるため、励起光と入力光が独立した二波長を用いる四光波混合信号測定系の構築を図り、四光波混合信号の定量的特性の評価を推進する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額12,749円は、光学測定系構築のための光学部品の購入において、実際の納入価格が販売キャンペーンによって予定と異なったためである。
次年度使用額12,749円は次年度直接経費3,000,000円のうちの物品費と合算して使用する。
なお、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、測定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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