低次元量子井戸構造を用いた広帯域全光一括波長変換器に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650353
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 下村 和彦 上智大学, 理工学部, 助教授 (90222041)
• キーワード: 波長変換 / 量子ドット / Stranski-Kranstanowモード / 有機金属気相成長法 / 非線形効果 / 選択成長 / 並列導波路 / 半導体光増幅器

研究概要

本研究は有機金属気相成長法による選択成長技術と量子ドット構造の成長を組み合わせることによって、バンド端波長を広波長範囲で制御した超並列光導波路を作製し、これを用いて多数の波長を一括して波長変換する素子を実現することを目的とした研究を行い、以下の研究成果を得た。
高効率動作可能な波長変換器を実現するためには、量子ドットのような3次非線形光学定数χ^<(3)>の大きな材料の実現が必要不可欠である。そこでこの量子ドットの実現のために有機金属気相成長法を用いたStranski-Kranstanowモードによる自己組織的なInAs/InP量子ドット構造の作製を行った。成長圧力を60Torrから20Torrに減少させることにより平均ドット径が74.0nmから21.3nmと大きく縮小化することができ、また供給流量を上げることにより密度を2倍程度増加させることができた。成長温度540℃、成長圧力20Torr、供給流量TMIn3.2×10-4mol/min、tBAs5.8×10-6mol/min(V/III比=54)において、InAsドットの平均直径23.6nm、密度1.41×1010cm-2という結果が得られた。この平均直径はInP基板上のInAsドットとしては最小と思われる。
選択成長技術を用いてバンド端の異なる並列光導波路を一括作製する方法として、選択成長において並列導波路をはさむ両側のマスクの幅をそれぞれ変えることによってバンド端の異なる並列導波路が実現できることを、通常の多重量子井戸構造で実証した。並列導波路を挟む非対称なSiO2マスク幅と並列導波路の波長変化幅の関係を実験的に示し、波長変化幅は片端のマスク幅によって制御可能であることを示した。また成長温度、成長圧力に対する並列導波路の成長増大係数(並列導波路両端の層厚比)を求め、最適成長条件において、成長増大係数1.55、バンド端波長差125nmを得た。

研究成果

• [文献書誌] T. Kihara, Y. Nitta, H. Suda, K. Miki, K. Shimomura: "Wavelength control of arrayed waveguide by MOVPE selective area growth"J. Crystal Growth. V221. 196-200 (2000)
• [文献書誌] S. Che, I. Nomura, T. Takada, A. Kikuchi, K.Shimomura, K. Kishino: "Growth and characterization of ZnCdSe/BeZnTe II-IV compound type-II superlattices on InP substrates and their application for visible light emitting devices"Japan. J. Appl. Phys. 40. 6747-6752 (2001)
• [文献書誌] Y. Kawakita, T. Kihara, K. Miki, K. Shimomura: "Proposal of Arrayed Waveguides Optical Deflector and Wavelength Divide Optical Switch"Proceedings of SPIE. 4640. (2002)