5層非対称結合量子井戸とその超高速・超低電圧光制御デバイスへの応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450028
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 多田 邦雄 横浜国立大学, 工学部, 教授 (00010710)
• 研究分担者: 盧 柱亨 横浜国立大学, 工学部, 助手 (50313474) ; 荒川 太郎 横浜国立大学, 工学部, 講師 (40293170)
• キーワード: ポテンシャル制御量子井戸 / 5層非対称結合量子井戸 / 光変調デバイス / 光変調器 / 光スイッチ / 分子線エピタキシー / 電界誘起屈折率変化

研究概要

本研究では、ポテンシャル制御量子井戸の一つである5層非対称結合量子井戸(FACQW)の作製およびFACQWを用いた超高速・超広波長域光変調デバイスの実現を目指している。FACQWは、光吸収端波長から十分に長波長側に離れた透明波長域においても、電界誘起屈折率変化Δnが極めて大きいという特長を持つ。このFACQWを光変調デバイスに用いる場合、井戸層および障壁層の層厚を設計通り精密に制御すること、およびノンドーブ層の不純物密度を1-5×10^<15>cm^<-3>台にまで下げることが必要である。本年度は、これらを実現するために、分子線エピタキシー装置について次のような改良を行った。
1)ロードロックチャンバーに成長前基板加熱処理装置を設置した。
2)反射高速電子線回折装置(RHEED)を増設した。
3)Migration Enhanced Epitaxy(MEE)を行うため、Kセルシャッターのコントロール機構を作製、設置した。
また、FACQWの電界誘起屈折率効果について数値計算により詳細に検討した。その結果、以下の知見が得られた。
1)FACQWの各層が設計値からずれた場合、障壁層よりも井戸層のずれの影響が大きい。また、
2)FACQW全体が一定の割合で層厚が厚く、または薄くなった場合はΔn特性の劣化はほとんどない。
3)屈折率変化・印加電界特性において、ある印加電界でのΔnの急激な落ち込み(ディップ)が存在するが、障壁層の位置をわずかに移動させることで除去が可能である。
4)井戸層および障壁層各層の膜厚揺らぎがΔn特性に与える影響を見積もった。±1ML程度の揺らきがある場合、全く揺らぎがない場合に比べて最大でΔnが1/3に低下する。

研究成果

• [文献書誌] K.Tada: "New High-Performance Optical Modulators Based on Potential Tailored Quantum Wells (Invited)"Technical Digest of the Pacific Rim Conference on Lasers and electro Optics (CLEO/PR '99). Vol. 2. 189-190 (1999)
• [文献書誌] K.Tada: "Potential-Tailored Quantum Well Modulators for High-Speed Optical Fiber Communication (Invited)"Proc. 5th Asia-Pacific Conference on Communications/4th Opto-Electronics Communications Conference (ARCC/OECC '99). Vol. 2. 1534-1537 (1999)
• [文献書誌] K.Tada,N.Kurosawa and T.Arakawa: "Anomalous Dip of Large Electrorefractive Index Change in the Five-Step Asymmetric Coupled Quantum Well (FACQW)"Proc. OSA Annual Meeting. 129 (1999)
• [文献書誌] K.Suzuki,N.Haneji,K.Tada,M.Sugiyama,Y.Shimogaki and Y.Nakano: "New High-Performance Optical Modulators Based on Potential Tailored Quantum Wells (Invited)"Proc. 2nd Japan-Korea Joint Workshop on Short-Wavelength Semiconductor Optoelectronic Devices and Materials. 97 (1999)
• [文献書誌] K.Tada: "Ultrafast and Low-Voltage Optical Modulators Based on Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well (FACQW)"To appear in Proc. 3rd Japan-Germany Joint Workshop on Recent Progress in Advanced Materials, Devices, Processing, and Characterization. (1999)