研究課題
本研究では、GaN/AlN窒化物半導体量子井戸におけるISBTを用いた超高速光通信用デバイス材料の開発を目標とした。最終年度は、GaN/AlN系超格子結晶の高品質化の方向性を示すとともに、ISBT吸収緩和過程の概要を解明した。さらに、光通信波長帯ISBTデバイスを作製し、受光特性を評価した。高品質超格子結晶成長のキーポイントであるAlNバッファ層の成長条件を探索し、分子線エピタキシー法によりサファイア基板上に原子レベルで平坦なAlNを成長する技術を確立した。さらに、ISBT吸収スペクトル半値全幅とGaN井戸幅の面内分布、表面粗さを系統的に評価し、ISBT半値全幅を超高速緩和速度による量子限界である数十meVにまで低減する可能性を示した。また、窒化物半導体の量子構造設計において問題となるピエゾ電界の影響を受けないA面GaN/AlN超格子結晶の成長条件を把握し、A面超格子のバンド間吸収波長はC面超格子に比べて短波長化し、矩形井戸モデルと一致することを示した。GaN/AlN系ISBT緩和過程の観測と理論解析を行った。緩和は140fsの超高速散乱過程の他に1.3psの遅い成分が存在し、これがキャリア冷却過程であることを見出した。また、1.45〜1.94μmの広い波長域における非縮退ポンププローブ測定によって、n=1のフェルミ海の極めて動的な緩和過程を観測し、ISBT緩和機構の概要を明らかにした。非縮退ポンププローブにおいても縮退と同程度の非線形性が得られることを見出し、信号光と制御光の波長を大きく離すことができるというデバイス応用上の利点が期待されることを示した。GaN/AlN系ISBT導波路デバイスを作製し、紫外線でISBT吸収を誘起して波長1.55μmのレーザ光強度を制御する実験に成功し、緩和特性に対する理論モデルを提案した。また、ISBT受光素子を作製し、光通信波長帯レーザ光の室温受光動作を実現し、受光特性を評価した。
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Ultra fast phenomena XIV (edited by T.Kobayashi)(Springer) (in press)
2004 MRS Fall Meeting Proceedings (in press)
Physical Review B (in press)
physica atat solidi(c) (in press)
Ultrafast Phenomena in Semiconductors and Nanostructure Materials IX (Invited)
6th International Conference on Nitride Semiconductors (Invited)
第95回微小光学研究会「微小光学を変えるか?新材料の可能性」
第52回応用物理学関係連合講演会
ページ: 30a-L-32
ページ: 1p-N-9
ページ: 29a-N-35
ページ: 29a-N-28
ページ: 1p-N-1
ページ: 29a-N-39
ページ: 1a-ZQ-5
Applied Physics Letters 84・7
ページ: 1102-1104
Physica status solidi(a) 201・12
ページ: 2850-2854
physica status solidi(b) 241・12
ページ: 2754-2758
Japanese Journal of Applied Physics (Express Letters) 43・121A
ページ: L1524-L1526
14th International Conference on Ultrafast Phenomena
ページ: TuE11
Nonlinear Optics Topical Meeting
ページ: TuC2
European Materials Research Society 2004 Fall Meeting Symposium C
ページ: 8th 16:40-8th 17:00
2004 Joint International Meeting, Nitride and Wide Bandgap Semiconductors for Sensors, Photonics, and Electronics V
ページ: 5th 17:45-5th 18:00
2004 materials Research Society Fall Meeting Symposium E
ページ: E8.39
Conference on Lasers and Electro-Optics/International Quantum Electronics Conference
ページ: IWA13
The International Workshop on Nitride Semiconductors(IWN-04)
ページ: 8.19
ページ: 13.6
電子情報通信学会、ED/CPM/LQE研究会 LQE2004-78
ページ: 78
電子情報通信学会、ED/CPM/LQE研究会 LQE2004-86
ページ: 86
電子情報通信学会、ED/CPM/LQE研究会 LQE2004-88
ページ: 88
第65回応用物理学会学術講演会
ページ: 2p-T-13
ページ: 2p-W-6
ページ: 2p-W-15
ページ: 2p-ZM-14
ページ: 4a-W-11
ページ: 4p-W-1
ページ: 4p-W-2
日本物理学会2004年秋季大会
ページ: 12pPSA-4
