| 研究概要 |
近年、シリコンテクノロジでポストCMOS世代のデバイスが議論される中、光電子融合の促進役を担うべく、シリコン・フォトニクスに期待が集まっている。これが完成するか否かは,あらゆる光機能をシリコンフォーマットで実現できるかどうかにかかっている.導波、分波、合波などをはじめとして受光、変調、周波数シフトほかの基本的なデバイス機能がほぼシリコンベースの条件下でそろってきている現在、シリコン系材料による光発生と光増幅が最後の課題として残されている.
本研究の目的は、従来は不可能とされてきたシリコン系材料によるバンド端輻射再結合過程を利用したシリコン光増幅器およびシリコンレーザのプロトタイプ具現化を模索することである。第2年度では、シリコンをエネルギー障壁とするガリウムアンチモン(GaSb)量子ドットにおける光増幅作用につき、電流注入モードでのシングルパス近赤外光増幅を試みた。
p型(001)基板上に分子線エピタキシ法で作製したGaSb-Si量子ドットチップ2個をアンプおよびシード光用LEDとして(110)劈開面どうしをバット結合させて用いた。アンプ表面にはストライプ電極を設けたSbの成長中の表面偏析による自発pn接合を利用した。第一チップからのシード光を100Hz程度で変調しながらアンプ部を高周波パルスで励起し、ポンプ・プローブ配置でon-off利得を評価した。低温(5-11K)で15dB/cm以上の利得を得たが、20K以上では消失した。励起電流とともに利得は飽和から減少に転じた。利得飽和にもとづいて界面3準位系を仮定し、自由キャリア吸収による損失を考慮した利得曲線は実験結果とよく一致した。さらに、時間分解電流励起測定により利得発生にともなって誘導放出光が減衰初期のみに発生することを検証した。
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