超高速全光スイッチの低エネルギー動作化と全光信号処理デバイスへの展開

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17068013
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 石川 浩 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 研究センター長 (50392585)
• 研究分担者: 物集 照夫 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 主任研究員 (20399497) ; 牛頭 信一郎 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 産総研特別研究員 (90392729) ; 挾間 壽文 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 副研究センター長 (90357765) ; 秋本 良一 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 主任研究員 (30356349) ; 永瀬 成範 独立行政法人産業技術総合研究所, ネットワークフォトニクス研究センター, 研究員 (80399500)
• キーワード: 超薄膜結合量子井戸 / 全光位相変調効果 / 歪補償量子井戸構造 / バンドオフセット / 有効質量 / 周期構造 / ピコ秒 / 超高速光信号処理

研究概要

InGaAs/AlAsSb系量子井戸を用いたサブバンド間遷移素子における全光位相変調効果を用いた超高速全光信号処理デバイスを目指して、超薄膜結合量子井戸構造の結晶品質の改良評価、量子井戸設計のための物性パラメータの評価を行った。さらに、これらの結果を用いて高位相変調効果の量子井戸構造の設計と試作、さらに周期構造による反射の効果を用いた高光位相変調効果のデバイス構造の試作を行った。
結晶の品質の改良評価では、これまでに開発した歪補償量子井戸構造の歪補償効果を逆格子マッピングによる評価で確認した。また、物性パラメータ評価では、前年度に引き続きフォトリフレクタンス法によるバンドバンドオフセット、有効質量の評価ならびに量子井戸材料の屈折率評価を行った。これらの評価結果を用いて、結合量井戸構造の結合度を最適化した素子を設計試作して、0.5rad/pJの全光位相変調効率を得た。また、デバイス構造からの位相変調効率の増大を目指して、メサ構造の導波路に周期構造を切り込む素子構造を開発し、周期構造がTEモードの偏光に対して、ストップバンドを有することを確認した。素子の片端面近傍にこの周期構造を配置することで、TEモードに対するミラーとして使用することが出来、反射型の素子とすることで、全光位相変調効率を2倍に上げることができる可能性を示した。これらの結果により、ピコ秒領域で動作する超高速光信号処理デバイスとして、サブバンド間遷移素子基盤が確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of AlAsSb/AlAs/InGaAs coupled double quantum wells with extremely thin AlAs-center-barrier (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu et al.
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 311 ページ: 1700-1702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross phase modulation efficiency enhancement in In_<0.8>Ga_<0.2>As/Al_<0.5>Ga_<0.5>As/AlAs_<0.56>Sb_<0.44> coupled double quantum wells by tailoring interband transition wavelength (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu, et al.
  • 雑誌名: Appl. Physics Express 2 ページ: 42201-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical functions of AlAsSb characterized by spectroscopic ellipsometry (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, et al.
  • 雑誌名: Phys. Status. Solidi 205 ページ: 872-875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indices of refraction of InGaAs/AlAs/AlAsSb multiple-quantum wells measured by an optical waveguide technique (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, et al.
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 2031-2033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of all-optical cross phase modulation in InAlAs/AlAsSb coupled quantum wells using InAlAs coupling barrier (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, et al.
  • 雑誌名: IEEE J. Photonics Technol. Lett. 20 ページ: 2183-2185
  • 査読あり
• [学会発表] サブバンド・バンド間遷移波長を制御したIn0.8Ga0.2As/AlGaAs/Al0.56Sb0.44結合量子井戸 (2009)
  • 著者名/発表者名: 牛頭信一郎, 他
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学、つくば市
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Ultrafast all-optical switching using interband transitions in InGaAs/AlAs/AlAsSb quantum wells (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa
  • 学会等名: Asia-Pacific Optical Communications 2008
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2008-10-28
• [学会発表] 薄いAlAs層を有するIn0.8Ga0.2As/AlAs/AlAs0.56Sb0.44結合量子井戸のMBE成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 牛頭信一郎, 他
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学 愛知県
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Plasma reflection from highly Si-doped InGaAs/AlAsSb quantum wells (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume
  • 学会等名: International Conference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2008-08-07
• [学会発表] Molecular beam epitaxy of AlAsSb/AlAs/InGaAs coupled quantum wells with extremely thin AlAs-center-barrier (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu
  • 学会等名: International Conference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2008-08-05
• [学会発表] Plasma reflection from highly Si-doped InGaAs/AlAsSb quantum wells (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume
  • 学会等名: International Conference on Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brasil
  • 年月日: 2008-07-31
• [学会発表] InGaAs/InAlAs/AlAsSb結合量子井戸サブバンド間遷移を用いた超高速前光型スイッチの開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 永瀬成範, 他
  • 学会等名: レーザ・量子エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 機械振興
  • 年月日: 2008-06-27
• [学会発表] Room temperature photoreflectance study of InGaAs/AlAsSb quantum wells (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles, France
  • 年月日: 2008-05-28
• [学会発表] Refractive index study of n-type InGaAs grown on InP substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu, et al.
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles, France
  • 年月日: 2008-05-28
• [学会発表] Fabrication of all-optical switch based on intersubband transition in InGaAs/AlAsSb quantum wells with DFB structure (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, et al.
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles, France
  • 年月日: 2008-05-28