GaN/AlGaN量子井戸の3準位を用いた超高速光-光変調デバイスの試作研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555014
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野田 進 京都大学, 工学研究科, 教授 (10208358)
• 研究分担者: 飯塚 紀夫 (株)東芝, 研究開発センター, 研究員 ; 浅野 卓 京都大学, 工学研究科, 助手 (30332729)
• キーワード: GaN / AlGaN量子井戸 / サブバンド間遷移 / 光制御光変調 / 超高速緩和 / キャリアダイナミクス

研究概要

昨年度までの2年間の研究により
(1)GaN/AlGaN量子井戸におけるサブバンド間吸収を確認し、またサブバンド間励起電子の緩和時間を単色ポンプ・プローブ法によって実測することに成功した。
(2)これによりこの材料系が理論的に予想されていたように100〜200フェムト秒程度と非常に高速なサブバンド間和時間をもつことが実証され、変調速度の上限が1ピコ秒を大幅に切る可能性が明らかになった。
これを受けて、本年度はGaN/AlGaN量子井戸を用いた超高速光・光変調デバイスを実証し、かつその実用性を高めることを目指し、以下のように研究を進めた。
(a)中赤外域の超短光パルスと白色光パルスをもちいてポンプ・プローブ測定が可能な系を構築した。光源としては、フェムト秒光パラメトリック増幅器を用い、信号光の検出には短波長域を測定できるマルチチャンネル分光計を用いた。
(b)この測定系を用いて、比較のため従来のGaAs/AlGaAs量子井戸を用いた光・光変調実験を行い、超高速変調の測定が可能であることを確かめた。またGaN/AlGaN量子井戸におけるキャリア緩和過程とGaAs/AlGaAs量子井戸におけるキャリア緩和過程の違いについて、詳しい検討を行った
(c)またデバイスの実用化に向けてサブバンド間遷移波長の短波長化を試み、これまでのMOVPE法に変えてMBE法を用いることで1.55μmを下回る短波長化に成功した(CPT2002投稿中)。これにより、制御光源として、より小型のレーザを用いることが可能になりデバイスとしての実用性が格段に向上した。

研究成果

• [文献書誌] T.Asano, S.Noda, N.Iizuka, K.Kaneko, N.Suzuki, O.Wada: "Ultrafast all optical modulation based on intersubband transition in semiconductor quantum wells (invited)"Optical and Quantum Electronics. Vol.33. 963-973 (2001)
• [文献書誌] T.Asano, S.Yoshizawa, S.Noda: "Direct observation of intersubband relaxation dynamics and application to sup-picosecond all-optical modulation"Proceedings of 2001 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials. 513-514 (2001)
• [文献書誌] T.Asano, S.Yoshizawa, S.Noda: "Monte-Carlo analysis of intersubband carrier relaxation dynamics"Abstracts of the 8th International Workshop on Femtosecond Technology. 138-138 (2001)
• [文献書誌] T.Asano, S.Yoshizawa, S.Noda: "Investigation of intersubband relaxation dynamics by pump-probe spectroscopy and application to ultrafast all-optical modulation scheme"Abstracts of 10th International Conferece on Modulated Semiconductor Structures. 121-121 (2001)
• [文献書誌] T.Asano, S.Yoshizawa, S.Noda: "Carrier relaxation dynamics in an ultrafast all-optical modulator using an intersubband transtion"Applied Physics Letters. Vol.79 No.27. 4509-4511 (2001)