1.5μm帯光通信用半導体量子カスケードレーザの基礎研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305028
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30134638)
• 研究分担者: 染谷 隆夫 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (90292755) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097) ; 榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
• キーワード: 量子ドット / 量子カスケードレーザ / 半導体レーザ / MOCVD / MBE / ナノ構造 / 量子井戸

研究概要

本研究は,将来の集積電子素子と光素子の融合を目指して、ユニポーラーキャリア動作に基づいた量子カスケード構成による1.5μm波長帯の半導体レーザを実現するための、半導体ヘテロ構造について、結晶成長技術および物理的基礎を中心に研究を行うことを目的としている。本年度は、伝導帯において大きなバンド不連続性を実現することが可能なGaN/AlGaN系におけるサブバンド間遷移について研究に取り組んだ。まず、AlGaN/GaN単一ヘテロ構造をサファイア基板上に常圧MOCVD法により結晶成長を行った。電子移動度は室温で理論的限界といわれる2000cm2/V.secをほぼ達成した。これは、界面が良質であることを示すものである。この単一ヘテロ接合構造において、FTIRにより吸収測定を行ったところ、約270meVのところに吸収ピークが得れれた。これは第1サブバンドと第2サブバンドのエネルギー差に対応しており、この値は、AlGaAs/GaAs単一ヘテロ接合においては約30meVであるのと比較すると、約一桁大きいものである。これはピエゾ分極の効果によるものである。さらに、AlGaN/GaN量子井戸において、井戸幅、量子井戸数を変えながら、サブバンド間吸収を測定した。量子井戸の数依存性においては、量子井戸の数が増大すると、歪の緩和が起こる様子が、吸収ピークのエネルギーシフトから明らかになった。また、井戸幅を狭くすることにより、吸収ピークが短波長にシフトすることを見出した。現時点で、最短の波長は1.7μmであり、光通信に適した波長にかなり近づけることが出来た。これらの結果は、光通信波長帯における量子カスケードレーザやスイッチの実現のためにきわめて有用な結果である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Toda,T.Sugimoto,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Near-field coherent excitation spectroscopy of InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots."Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.26. 3887-3889 (2000)
• [文献書誌] Y.Toda,and Y.Arakawa: "Near-field spectroscopy of a single InGaAs self-assembled quantum dots"IEEE Journal of Selected Topics in Quantum electronics. Vol.6 No.3. 528-533 (2000)
• [文献書誌] Y.Toda,O.Moriwaki,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Resonant Raman scattering of optical phonons in self-assembled quantum dots"Physica E. Vol.8. 328-332 (2000)
• [文献書誌] O.Moriwaki,T.Someya,K.Tachibana,S.Ishida,Y.Arakawa: "Narrow photoluminescence peaks from localized states in InGaN quantum dot structures"Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.17. 2361-2363 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,R.Werner,A.Forchel,Y.: "MOCVD growth of a stacked InGaN quantum dot structure and its lasing oscillation at room temperature"Physica E. Vol.7,No.3-4. 994-948 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,S.Ishida,and Y.Arakawa: "Selective growth of InGaN quantum dot structures and their microphotoluminescence at room temperature"Appl.Phys.Lett.. Vol.76,No.22. 3212-3214 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,and Y.Arakawa: "Growth of InGaN self-assembled quantum dots and their application to lasers"IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics. Vol.6,No.3. 475-481 (2000)
• [文献書誌] K.Tachibana,T.Someya,S.Ishida,and Y.Arakawa: "Formation of uniform 10-nm-scale InGaN quantum dots by selective MOCVD growth and their micro-photoluminescence intensity images"J.Crystal Growth. Vol.221. 576-580 (2000)