| 研究課題/領域番号 |
16360155
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
電子・電気材料工学
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
和田 修 神戸大学, 工学部, 教授 (90335422)
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| 研究分担者 |
喜多 隆 神戸大学, 工学部, 助教授 (10221186)
江川 満 (株)富士通研究所, フォトノベルテクノロジー研究所, 主任研究員 (70213527)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| キーワード | 光通信素子 / 量子ドット / 光アンプ / 超高速光スイッチ / 偏光依存性 / 光通信波長動作 / 原子層窒化 |
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| 研究概要 |
量子ドットの半導体光アンプ(QD-SOA)、超高速光スイッチ等の光素子応用においては、光通信波長帯で、偏光無依存の条件を満たし、高速応答することが今後の実用化に向けて重要である。本研究はこの可能性を初めて明らかにしようとするもので、ドット形状、界面状態、原子組成、の3元のパラメータを独立の基軸パラメータに据えることにより、ドットの波長、偏光依存性などを重点とする光学特性に与える影響を調べ、量子ドット特性を任意に制御する技術を確立することを狙いとしている。
まず、長波長光通信波長帯で動作し、温度特性に優れ、安価なGaAs基板上に成長できる量子ドットの新材料として、InAs量子ドットに原子層窒化を行う成長方法を提案し、光学特性の制御範囲とその機構解明を目指して研究を行った。この方法はMBE成長でInAs量子ドットを成長直後に窒素プラズマ源を使って短時間の窒化処理を行う独自のもので、これによってフォトルミネッセンス発光波長として室温で.1.3μmが実現できた。また、透過電子顕微鏡(TEM)測定の結果から、窒化によって界面での原子の相互拡散が抑制され、通常のInAsドットの形状に比較してアスペクト比が大きいドットが形成されていることを発見し、偏向特性の等方化にも寄与が期待出来ることを明らかにした。
一方、他のドットパラメータが光学特性に与える影響に注目して調べるため、従来の端面フォトルミネッセンス観測に加えて、強励起下で光利得及びその偏光特性を測定できる計測システムを構築・適用した。その結果、多層化によるドット形状の制御、すなわちコラムナドットの形状制御によって光利得の偏光無依存特性が達成出来ることを確かめた。また、ドット上のキャップ層の原子組成によって、すなわちドットに加わる歪みの制御によって、偏光無依存光利得特性が実現できることが分かった。これらの偏光特性が光利得状態で実現できることは光アンプなどの量子ドット素子実用化にとって極めて重要な知見である。その他、高温下の発光強度の劣化機構を検討し、界面歪みによってキャリア移動経路が変化し発光劣化特性が変化することを突き止め、光学特性の改善に役立つ結果を得た。
以上の成果によって、高性能光素子適用に向けた多元制御量子ドットの有用性を明らかにした。
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