5層非対称結合量子井戸を用いた長波長用超広波長域・超高速光変調デバイスの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555100
• 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, 助教授 (40293170) ; 羽路 伸夫 横浜国立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30180920)
• キーワード: 5層非対称結合量子井戸 / 光変調器 / 光スイッチ / InGaAs / 電界誘起吸収係数変化 / 電界誘起屈折率変化 / 分子線エピタキシー / MEE法

研究概要

本研究では、光通信用長波長域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。
本年度は、InGaAs/InAlAs-FACQWを作製する基礎成長技術を確立するため、まずはGaAs/AlGaAs系材料について、分子線エピタキシー(MBE)法およびMigration Enhanced Epitaxy(MEE)法による高品質量子井戸構造の作製と光学的評価を行った。また、FACQWの電界誘起屈折率効果について理論解析を行った。その結果、以下の結果が得られた。
(1)MEE法におけるAlGaAs成長の原料供給方法について検討を行い、はじめにAlとAs原子を同時供給した後、GaとAsを交互供給することで、平坦かつAl組成比の均一性の高いAlGaAs薄膜が得られることを見出した。この成長シーケンスは、InGaAs/InAlAs系材料にも有望であると考えられる。
(2)(1)の原料供給方法を用いたMEE法により、通常のMBE法における成長温度よりも約100℃低い500℃にて、高品質GaAs/AlGaAs単一矩形量子井戸(RQW)を作製することに成功した。
(3)MBE法を用いて、RHEED強度振動測定により精密に層厚制御した多重RQWおよびFACQW試料を作製した。フォトルミネセンス法、光吸収電流法により評価を行い、設計通りの構造ができていること、および電界誘起吸収係数変化の傾向が理論と一致していることを確認した。
(4)GaAs/AlGaAs系FACQWについて、層厚ゆらぎが生じた場合の特性劣化について検討を行い、各層厚が±1ML(分子層)揺らいでも、電界誘起屈折率変化量は本来の値の約半分程度にまでしか低下しないことが判明した。
(5)(4)で見出したFACQW構造について、層厚ゆらぎが生じた場合の特性劣化について検討を行い、各層厚が±1ML(分子層)揺らいでも、電界誘起屈折率変化特性の劣化は約半分程度に抑えられることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.Arakawa,K.Tada,N.Kurosawa,J.-H.Noh: "Anomalous Sharp Dip of Large Field-Induced Refractive Index Change in GaAs/AlGaAs Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39,No.11. 6329-6333 (2000)
• [文献書誌] K.Tada,T.Arakawa,K.Kazuma,N.Kurosawa,and J.-H.Noh: "Influence of One Monolayer Thickness Variation in GaAs/AlGaAs Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well upon Electrorefractive Index Change"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.40,No.2. 656-661 (2001)
• [文献書誌] Kunio Tada,Taro Arakawa,Joo-Hyong Noh,Tatsuya Suzuki: "Ultra-Fast and Low Voltage Optical modulator Based on Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well"Proc.of The 6th JAPAN-Taiwan Seminar on Science and Tech-nology Advanced Compound Semiconductor Materials and Devices. 16 (2001)
• [文献書誌] 多田邦雄: "ポテンシャル制御量子井戸と高性能光変調デバイス"応用物理. Vol.69,No.11. 1292-1298 (2000)
• [文献書誌] 鈴木達也,盧柱亨,荒川太郎,岡宮由樹,伊藤安弘,多田邦雄: "MEE法の5層非対称結合量子井戸光変調器作製への応用"第61回応用物理学会学術講演会・予稿集(4aZE-2). (2000)
• [文献書誌] 数馬研介,多田邦雄,荒川太郎,盧柱亨: "5層非対称結合量子井戸の層厚ゆらぎを考慮した電界誘起屈折率変化特性の解析"第61回応用物理学会学術講演会・予稿集(4aZE-3). (2000)