2012 Fiscal Year Research-status Report
光多重安定現象の利用による波長選択検出機能を有したフォトダイオードの研究
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24560049
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Okayama Prefectural University |
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Principal Investigator |
徳田 安紀 岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (80393502)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 浩一郎 岡山県立大学, 情報工学部, 助教 (10551822)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | photodiode / quantum effect device / optical multistability |
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| Research Abstract |
本研究の第一の目的は，pinフォトダイオードに新しい機能，すなわち，ある波長領域のみ高い感度を有する波長選択受光機能を持たせることである．その実現のために，まず，pinフォトダイオードの量子井戸光吸収層にどのような吸収特性が要求されるかを検討し，それを量子閉じ込めシュタルク効果と量子井戸間のトンネル効果を併用して実現する方法をシミュレーション技術を用いて検討し，素子の構造設計を行うことが目的である．
そのため，当該年度では，まず，汎用ソフトウエア（Mathematica）を用いて，量子井戸層での励起子による光吸収特性をローレンチアンモデルを用いて記述し，pinフォトダイオードの光電流応答を計算するシミュレーションプログラムの作成を行った．そして，そのプログラムを用いて，まず，波長選択受光機能を実現する上で必要となる波長選別機能についての検討を行った．いろいろな量子井戸光吸収層に対して，量子閉じ込めシュタルク効果を利用した自己電気光学効果によって得られる光応答特性を調べた結果，適当なバイアス電圧と負荷抵抗を挿入することで光双安定特性が得られ，その長波長側の吸収エッジを用いることで予想した通り波長選別が可能であるとともに，その選別波長が電気的に制御できることを確認した．
一方，量子閉じ込めシュタルク効果に加えて，量子井戸間での励起子のトンネル効果も考慮した精密な素子構造設計を行うため，専用のデバイスシミュレータ（クロスライトソフト社製のAPSYS SP版）の導入と立ち上げを行った．基本的な性能のチェックを行った後，GaAs/AlGaAs単一量子井戸構造の励起子吸収特性のシミュレーションを行い，かなりの精度で実験結果に近い吸収特性が再現できることを確認した．
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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
必要とされる光吸収特性の検討に関しては，汎用ソフトウエア（Mathematica）によるシミュレーションプログラムの作成を行い，それを用いて，機能実現に不可欠な波長選別が光双安定特性の長波長側の吸収エッジを利用して可能であることを示すとともに，その選別波長が電気的に制御できることを確認した．
シミュレーション環境の整備と強化に関しては，上記の汎用ソフトウエアを用いたシミュレーションプログラムの作成に加えて，より高度な検討のための専用デバイスシミュレータ（APSYS-SP）の導入を行い，基本性能を確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度に準備した専用デバイスシミュレータや自作プログラムなどを用いて，量子閉じ込めシュタルク効果に加えて量子井戸間のトンネル効果も考慮したシミュレーションを行う．具体的には，物理パラメータが詳しく分かっているAlGaAs系量子井戸構造に対し，電気的に高感度帯域幅の制御が可能な波長選択受光機能を得るのに必要とされる電界吸収特性を示す非対称結合量子井戸光吸収層の構造設計を行う．あわせて，AlGaAs系以外の材料系にも対応できるようにシミュレーション環境の強化を図る．
一方，ある特定の条件下で光多重安定特性の中に生じる孤立した光安定状態についても，それが得られる条件の検討やその情報の秘匿などへの応用について考察する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
繰越金（110,940円）は，シミュレーション環境整備のためのハード関係の物品購入を見送ったために生じた．次年度は，導入したシミュレータの性能向上のための物品購入ならびに旅費などに使用する予定．
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