副格子交換エピタキシーを用いた化合物半導体非線形光学デバイスの開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355004
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 近藤 高志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60205557)
• 研究分担者: 徐 長青 沖電気, 光エレクトロニクス研究所, 研究員 ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286) ; 伊藤 良一 明治大学, 理工学部, 教授 (40133102)
• キーワード: 非線形工学 / 波長変換 / 光第2高調波発生 / 差周波発生 / 化合物半導体 / 分極反転 / 疑似位相整合 / 導波路型デバイス

研究概要

デバイス開発の基礎となる副格子交換エピタキシーと副格子交換テンプレート上への再成長技術を完成させるとともに、DFGデバイスのひな型としてSHGデバイスの作製・特性評価をおこなった。
1.副格子交換エピタキシーと再成長技術の確立
GaAs/Ge/GaAs(100)副格子交換エピタキシーにおいて[011]方向にオフをつけた基板を用いて適切な成長条件を設定することによって極めて高品質な副格子交換GaAsエピタキシャル層が成長できることをX線回折や高分解能TEM観察などによって確かめた。また、副格子交換テンプレート上へのMBE再成長の際に問題となる基板汚れを完全に除去するために酸素プラズマによるアッシングが有効であることを見出し、デバイス品質のAlGaAs副格子交換エピタキシャル膜のMBE再成長技術を確立することに成功した。
2.導波路型SHGデバイスの作製と評価
上述の技術を用いて導波路型AlGaAs類似位相整合SHGデバイスを試作した。基本波波長1.55μmに対して設計した3次QPMデバイス(デバイス長0.8mm)でSHGの実験をおこない、1.57μmにおいて疑似位相整合が達成されていることを確認した。効率は0.02%/Wと低いが、これは導波相のコルゲーションに起因する極めて大きな導波損失によるものである。導波損を低減できれば1000%/Wcm^2以上の極めて高い効率が得られる見通しが立った。
現在、テンプレートのコルゲーションを解消して平たんな導波層を成長する技術の開発に取り組んでいる。

研究成果

• [文献書誌] S. Koh, T. Kondo, M. Ebihara, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito: "GaAs/Ge/GaAs Sublattice Reversal Epitaxy on GaAs (100) and (111) Substrate for Nonlinear Optical Devices"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. L508-L511 (1999)
• [文献書誌] I. Shoji, H. Nakamura, K. Ohdaira, T. Kondo, R. Ito, T. Okamoto, K. Tatsuki, and S. Kubota: "Absolute Measurement of Second-Order Nonlinear-Optical Coefficients of β-BaB_2O_4 for Visible to Ultraviolet Second-Harmonic Wavelengths"J. Opt. Soc. Am. B. 16. 620-624 (1999)
• [文献書誌] E. Nishina, R. Katayama, T. Kondo, R. Ito, J.-C. Kim, T. Watanabe, and S. Miyata: "Design and Fabrication of Organic Waveguiding Devices for Quasi-Phase-Matched Second-Harmonic Generration"Nonlinear Opt.. 22. 433-436 (1999)
• [文献書誌] S. Koh, T. Kondo, T. Ishiwada, H. Sawada, H. Ichinose, I. Shoji, and R. Ito: "Characterization of Sublattice-Reversed GaAs by Reflection High Energy Diffraction and Transmission Electron Microscopy"Physica E. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] S. Nakatani, S. Kusano, T. Takahashi, K. Hirano, H. Koh, T. Kondo, and R. Ito: "Study of Sublattice Inversion in GaAs/Ge/GaAs (001) Crystal by X-ray Diffraction"(印刷中). (2000)