| 研究課題/領域番号 |
21K04914
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
赤羽 浩一 国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワーク研究所フォトニックICT研究センター, 室長 (50359072)
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| 研究分担者 |
富永 依里子 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 量子ドット / Bi系化合物半導体 / 半導体レーザ / 分子線エピタキシー / ドロップレット / ビスマス / Bi |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では完全に温度無依存な半導体レーザ実現のため、Bi系半導体量子ドットの形成法確立を目的とする。量子ドットレーザはしきい値電流が温度無依存になるという特徴を持つ。しかしながら温度変化による発振波長の変化は存在し、これを解決するための詳細な議論は成されていない。本研究では量子ドットのしきい値電流に対する温度無依存の効果に加え、発振波長の温度無依存も実現すべく、Bi系化合物半導体を用いた量子ドットの結晶成長法を確立しその成長メカニズム、光物性を詳細に調べる。特に光通信波長帯で重要となるInGaAlAsP系材料における完全温度無依存量子ドットレーザ実現のための研究を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では完全に温度無依存な半導体レーザ実現のため、Bi系半導体量子ドットの形成法を確立することを目的とする。2023年度はBiを照射した量子ドットレーザの発振波長の温度無依存化のメカニズム解明のため、量子ドットレーザの利得スペクトルの温度依存性に関する研究を行った。
InP系材料におけるBi照射量子ドットレーザの作製では少量のBi混入の期待できる温度領域（380℃）で量子ドットレーザを作製し、レーザ発振を確認した。この量子ドットレーザについて、ハッキ－パウリ法により利得スペクトルを求めた。また、温度変化に対する利得スペクトルの変化について詳細に調べた。Biを照射していないレーザ、照射したレーザについて利得スペクトルを測定したところ、両者とも最大で15/cmの利得ピーク値を持つことが明らかになった。両者がほぼ同じ値を持つことは、しきい値電流がほぼ同程度だったことと一致しており、矛盾の無い結果である。また、異なる温度で利得スペクトルを測定したところ、Bi照射なしの量子ドットレーザでは20℃から60℃の温度変化で約16.5nmのピークシフトを観測した。これに対してBi照射ありの量子ドットレーザでは、同じ温度変化において5.7nmのピークシフトであった。これらのことよりBiを照射した量子ドットレーザでは利得自体のピークシフトが小さいことが明らかになった。
また、より高濃度のBi混入を目指し、低温におけるBi照射によりInGaAsP系の結晶成長と、低温成長による結晶性の劣化を回復するための、成長後アニールの検討を行った。低温成長によりBi混入濃度は数％まで増加したが、結晶品質の劣化による量子ドットの発光強度の低下が見られたが、これを500℃程度でアニールすることにより、発光強度の増加が観測された。この手法によりより高濃度のBiを有する量子ドットレーザ実現が可能であると考えられる。
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