半導体・磁性体複合構造を用いた磁気光学機能デバイスの研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15034204
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 大雅 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50345170)
• 研究分担者: 中野 義昭 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50183885)
• キーワード: 光アイソレータ / 非相反損失現象 / 半導体光増幅器 / 半導体光導波路 / 長距離光ファイバ通信 / TEモード動作 / 集積化光デバイス

研究概要

TEモードで動作する非相反損失変化型の半導体導波路型光アイソレータを世界で初めて提案した。非相反損失変化の大きさを等価屈折率法と摂動法を用いた計算により明らかにし、17dB/mmもの非相反損失変化が得られることを明らかにした。この時30dBの消光比を得るのに必要なデバイス長は1.76mmと非常に小さなサイズですむことが明らかになった。またこれらのデバイスパラメータのデバイス構造依存性を調べ、横単一モード動作を実現し、実際に作製可能なデバイス構造を明らかにした。以上の設計に基づき、実際にデバイスの試作を行った。半導体光増幅器の基板となる量子井戸活性層を含む導波路構造は有機金属気相エピタキシー法により作製した。この基板をフォトリソグラフィー、エッチングによってハイメサ構造に加工し、電子ビーム蒸着法によって強磁性金属のFeを蒸着し、さらに電極を形成して設計したデバイス構造を実現した。本デバイスが動作するためにはFeを装荷させたことによってデバイスを伝搬する光が損失を受けることが必要である。このことを確認するためにFeを装荷したデバイスと装荷しないデバイスに対してas cleavedの状態で電流を注入し、発光強度の比較を行った。この結果Feを装荷したデバイスにおいて発光強度が弱くなることが確認され、デバイスを伝搬する光がFeによる損失を感じていることがわかった。このデバイスに対して、波長可変レーザからの光を光ファイバによってデバイスに入射させ、永久磁石によって磁場を印加させて伝搬特性を評価した。磁場を印加した状態での伝搬特性の評価は磁場の影響を受け、定量的な評価はできていないが、磁場を印加したことによって伝搬光強度が変化したデバイスが一部見られた。この現象が非相反損失変化であるかを偏波依存性等の評価によって現在確認中である。

研究成果

• [文献書誌] K.Ueda, H.Shimizu, M.Tanaka: "Design, fabrication, and magneto-optical properties of multilayers containing GaAs/AlAs DBR and MnAs nano clusters"Journal of the Magnetics Society of Japan. 27・4. 273-276 (2003)
• [文献書誌] K.Ueda, H.Shimizu, M.Tanaka: "Magnetooptical Kerr Effect of Semiconductor-Based Multilayer Structures Containing a GaAs:MnAs Granular Thin Film"Japanese Journal of Applied Physics. 42・8A. L914-L917 (2003)
• [文献書誌] J.Okabayashi, M.Mizuguchi, M.Oshima, H.Shimizu, M.Tanaka, M.Yuri, C.T.Chen: "Electronic and magnetic properties of MnAs nanoclusters studied by x-ray absorption spectroscopy and x-ray magnetic circular dichroism"Applied Physics Letters. 83・26. 5485-5487 (2003)