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

2002 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, 教授 (90222041)
• キーワード: 低次元量子井戸構造 / 波長変換器 / InP基板 / InAsドット / 自己組織化 / 有機金属気相成長法 / 選択成長 / 非線形光学効果

研究概要

高密度波長分割多重伝送システムにおいて波長変換器は、システムの構成に柔軟性を持たせ、またその扱う通信容量を飛躍的に向上する基本的デバイスとして必要不可欠なデバイスである。この波長変換器が動作する波長範囲は3次非線形光学定数χ^<(3)>によって決められ、広帯域な波長変換を実現するためには、3次非線形光学定数の大きな材料を使うことが必要である。本研究ではこの材料として、量子井戸構造を低次元化した量子ドットに着目した。一方、有機金属気相成長法による選択成長技術を用いることによって異なるバンド端を持つ光導波路を面内に一括作製し、波長変換器の広帯域化を目指した。
量子ドットは、Stranski-Krastanov成長モードを利用した、n-InP(001)基板上自己形成InAs/InP量子ドットの作製を試み、そのラテラルサイズ、密度、ラテラルサイズの標準偏差に関して成長条件依存性について実験した。その結果、ラテラルサイズの制御には成長温度、成長圧力、原料供給時間が、密度の制御には成長温度、成長圧力、原料供給時間、成長中断時間が、大きく寄与しているということがわかった。成長温度500℃、成長圧力15Torr、原料供給時間7secにおいて、ラテラルサイズ16.7nm、高さ7.0nm、密度8.3×10^<10>cm^<-2>が得られた。
選択成長においては、成長原料のマイグレーション長を決定するパラメータである成長温度、成長圧力、GaInAs量子井戸V/III比を変化させ、各アレイ導波路の層厚を測定し、成長増大係数の変化を調べた。成長温度640℃、成長圧力100Torr、GaInAsV/III比7で成長増大係数1.92を得た。またアレイマスクに用いるSiO_2の厚さを変化させることによる層厚への影響を調べ、SiO_2膜厚が300nmで広マスク幅が250μmの時に成長増大係数が2.71と最も大きいことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Moriguchi, T.Kihara, K.Shimomura: "High growth enhancement factor in arrayed waveguides by MOVPE selective area growth"J.Crystal Growth. 248. 395-399 (2003)
• [文献書誌] 三木一憲, 川北泰雅, 木原達哉, 下村和彦: "階段型屈折率分布アレイ導波路を用いた1.55μm帯光偏向器に関する理論解析"電子情報通信学会論文誌,C-I. J85-C,8. 728-736 (2002)
• [文献書誌] R.Fukuoka, K.Yamazaki, K.Shimomura: "Greatly size reduction of InAs Quantum Dots on (001)InP substrate"Proc. of 11th International Conference on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (ICMOVPE XI). 270 (2002)
• [文献書誌] Y.Moriguchi, T.Kihara, K.Shimomura: "High growth enhancement factor in arrayed waveguides by MOVPE selective area growth"Proc. of 11th International Conference on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (ICMOVPE XI). 229 (2002)
• [文献書誌] Y.Kawakita, K.Shimomura: "A novel wavelength dividing and switching device using arrayed waveguide"Proc. of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2002). 104-105 (2002)
• [文献書誌] Y.Kawakita, T.Kihara, K.Miki, K.Shimomura: "Proposal of Arrayed Waveguides Optical Deflector and Wavelength Divide Optical Switch"Proc. of SPIE. 4640. 289-297 (2002)