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 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17068013
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 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 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) ; 永瀬 成範 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) ; 河島 整 産業技術総合研究所, 超高速光信号処理デバイス研究ラボ, 主任研究員 (90356840) ; 杉本 喜正 産業技術総合研究所, 超高速光信号処理デバイス研究ラボ, 招聘研究員 (60415784) ; 池田 直樹 産業技術総合研究所, 超高速光信号処理デバイス研究ラボ, 特別研究員 (10415771) ; 秋本 良一 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) ; 牛頭 信一郎 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, 特別研究員 (90392729) ; 挾間 壽文 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, 副センター長 (90357765) ; 鍬塚 治彦 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, 研究チーム長 (40417150) ; 秋田 一路 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, 特別研究員 (50470050) ; GUAN Lim Cheng 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, 特別研究員 (10470048) ; 小笠原 剛 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, 特別研究員 (00392598)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2008
• キーワード: 量子井戸 / サブバンド間遷移 / 全光位相変調効果 / MBE / 超高速ゲートスイッチ

研究概要

InGaAs/AlAsSb 系の超薄膜量子井戸のサブバンド間遷移を用いた超高速光ゲートスイッチの低エネルギー動作化を目指して、デバイス設計に必要な基礎物性パラメータの評価、高品質結晶の作成技術の研究開発を行い、160Gb/s領域で、2pJの低エネルギーで動作する全光変調位相変調効果を用いたサブバンド間遷移素子の基盤技術を確立した。また、周期構造を集積化することで位相変調効率を上げる構造を提案設計して、その製作技術を確立した。

研究成果

• [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, T. Mozume, R. Akimoto, K. Akita, G. Cong, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express vol.2 ページ: 042201(1-3)
  • 査読あり
• [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, T. Mozume, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Crystal Growth vol.311 ページ: 1700-1702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of all-optical cross phase modulation in InAlAs/AlAsSb coupled quantum ells using InAlAs coupling barrier (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, R. Akimoto, T. Simoyama, C. Guangwei, T. Mozume, T. Hasama, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: IEEE J. Photonics Technol. Lett. vol.20, no.24 ページ: 2183-2185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indicies 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
  • 雑誌名: Physica E vol.40, no.6 ページ: 2031-2033
  • 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, M. Tanaka, A. Yoshimi, and W. Susaki
  • 雑誌名: Phys. Status. Solidi (a) vol.205, no.4 ページ: 72-875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of ultrafast modulation of refractive index in photoexcited In_xGa_<1-x>/AlAs_ySb_<1-y> quantum well waveguides (2008)
  • 著者名/発表者名: G. W. Cong, R. Akimoto, M. Nagase, T. Mozume, T. Hasama, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: Physical Rev. B vol.78, no.7 ページ: 075308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast all-optical refractive index modulation in intersubband transition switch using InGaAs/AlAs/AlAsSb quantum well (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa, H. Tsuchida, K. S. Abedin, T. Simoyama, T. Mozume, M. Nagase, R. Akimoto and T. Hasama
  • 雑誌名: Japan J. Appl. Phys. vol.46 ページ: L157-L160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indices of refraction of AlGaAsSb by an optical waveguide technique (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, T. Simoyama, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. vol.102, no.11 ページ: 113111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absorption dynamics in all-optical switch based on intersubband transition in InGaAs-AlAs-AlAsSb coupled quantum wells (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Simoyama, S. Sekiguchi, H. Yoshida, J. Kasai, T. Mozume, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technol. Lett. vol.9, no.8 ページ: 604-606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain compensation for InGaAs-AlAs-AlAsSb coupled double quantum wells by controlling the barrier-layer composition (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, T. Mozume, T. Simoyama, T. Hasama, and H. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Crystal Growth vol.301-302 ページ: 240-243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoreflectance study of InGaAs/AlAsSb quantum wells grown by molecular beam epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, , J. Kasai, M. Nagase, T, Simoyama, T. Hasama, H. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Crystal Growth vol.301-302 ページ: 177-180
  • 査読あり
• [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 (査読無し) (2009)
  • 著者名/発表者名: 牛頭信一郎, 他
  • 学会等名: 第69回応用物理学会秋季学術講講演会
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] サブバンド・バンド間遷移波長を制御したIn_<0.8>Ga_<0.2>As/AlGaAs/AlAs_<0.56>Sb_<0.44>結合量子井戸 (査読なし) (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
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Ultrafast all-optical switching using intersubband transitions in InGaAs/AlAs/AlAsSb quantum wells (査読無し) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa
  • 学会等名: Asia-Pacific Optical Communications
  • 発表場所: Hangzhou, China. (invited)
  • 年月日: 20081000
• [学会発表] Molecular beam epitaxy of AlAsSb/AlAs/InGaAs coupled quantum wells with extremely thin AlAs-center-barrier (査読あり) (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu et al.
  • 学会等名: Int. Conf. on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20080800
• [学会発表] Plasma reflection from highly Si-doped InGaAs/AlAsSb quantum wells (査読あり) (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu, T. Mozume, and H. Ishikawa
  • 学会等名: The Int. Conf. on the Physics of Semiconductors 29
  • 発表場所: Rio de Janeiro
  • 年月日: 20080700
• [学会発表] Interband transitions in strained InGaAs/AlAsSb multiple-quantum-well structures (査読あり3) (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume and S. Gozu
  • 学会等名: International Conference on Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 20080700
• [学会発表] InGaAs/AlAs/AlAsSb 結合量子井戸サブバンド間遷移を用いた超高速全光スイッチの開発 (査読なし) (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
  • 年月日: 20080600
• [学会発表] Fabrication of all-optical switch based on intersubband transition in InGaAs/AlAsSb quantum wells with DFB structure (査読あり) (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, R. Akimoto, K. Akita, H. Kawashima, T. Mozume, T. Hasama, and H. Ishikawa
  • 学会等名: Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles France
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] Room temperature photoreflectance study of InGaAs/AlAsSb quantum wells (査読あり) (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume and S. Gozu
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles France
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] Refractive index study of n-type InGaAs grown on InP substrate (査読あり) (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Gozu T. Mozume and H. Ishikawa
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Versailles France
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] n 型キャリヤ密度依存InGaAs 屈折率変化の解析 (査読なし) (2008)
  • 著者名/発表者名: 牛頭信一郎, 他
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 年月日: 20080300
• [学会発表] InAlAs 結合障壁を用いたInGaAs/AlAsSb結合量子井戸におけるXPM効率改善 (査読なし) (2008)
  • 著者名/発表者名: 永瀬成範, 他
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 年月日: 20080300
• [学会発表] DFB構造を有するInGaAs/AlAsSb量子井戸サブバンド間遷移スイッチの製作 (査読なし) (2007)
  • 著者名/発表者名: 永瀬成範, 他
  • 学会等名: 第68回応用物理学会秋季学術講演会
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] InGaAs屈折率のn型キャリヤ濃度依存性 (査読なし) (2007)
  • 著者名/発表者名: 牛頭信一郎, 他
  • 学会等名: 第68回応用物理学会秋季学術講演会
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] Ultrafast all optical switches using intersubband transitions in quantum well (査読なし) (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa
  • 学会等名: 3rd Int. Symposium on Ultrafast Photonic Technologies
  • 発表場所: Cambridge USA
  • 年月日: 20070800
• [学会発表] Indices of refraction of InGaAs/AlAs/AlAsSb multiple-quantum-wells measured by an optical waveguide technique (査読あり) (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume
  • 学会等名: 13th International Conference on Modulated Semiconductor Structures
  • 発表場所: PM10, Genova Italy
  • 年月日: 20070700
• [学会発表] InGaAs/AlAs/AlAsSb intersubband transition all-optical switches for ultrafast all-optical signal processing (査読なし) (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa
  • 学会等名: OECC/IOOC2007
  • 発表場所: Yokohama, Japan (Invited)
  • 年月日: 20070700
• [学会発表] Optical functions of AlAsSb characterized by spectroscopic ellipsometry (査読あり) (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, M. Tanaka, A. Yoshimi, and W. Susaki
  • 学会等名: 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, Stockholm
  • 発表場所: Sweden
  • 年月日: 20070700
• [学会発表] Improvement of XPM efficiency in InGaAs/AlAsSb coupling barrier for intersubband transition optical switch (査読あり) (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, et al.
  • 学会等名: Conf. on Optical Communications
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20070200
• [学会発表] Characteristics of the ultrafast phase modulation in InGaAs/AlAsSb CDQW ISBT switch (査読なし) (2007)
  • 著者名/発表者名: Lim Chen Guan, 他
  • 学会等名: 第68回応用物理学会秋季学術講演会
  • 年月日: 2007-09-08
• [学会発表] Intersubband transitions in novel strained coupled quantum wells based on In_<0.53>Ga_<0.47>As grown by molecular beam epitaxy (査読あり) (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Nagase, T. Mozume, T. Simoyama, T. Hasama, and H. Ishikawa
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Princeton, NJ, USA
  • 年月日: 20060500
• [学会発表] Ultrafast all-optical switches using intersubband transition in quantum wells (査読なし) (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Ishikawa, T. Simoyama, M. Nagase, R. Akimoto, B. Li, K. Akita, and T. Hasama
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
  • 発表場所: Princeton, NJ, USA (invited)
  • 年月日: 20060500
• [学会発表] InGaAs-based quantum wells for ultrafast all-optical switches using intersubband transitions (査読なし) (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Mozume, M. Nagase, T. Simoyama, and H. Ishikawa
  • 学会等名: JSPS-UNT Joint Symposium on Nanoscale Materials for Optoelectronics and Biotechnology
  • 発表場所: Denton, Texas (invited)
  • 年月日: 20060200
• [図書] Ultrafast All-optical Signal Processing Devices, Edited by H. Ishikawa, John Wiley and Sons, (Chapter 5に関連記述) (2008)
• [産業財産権] 永瀬成範, 他
  • 発明者名: 結合量子井戸構造
  • 産業財産権番号: 特願,2008-529885