非線形光学量子ドットの位置制御・高密度作製による超微細、超高速光・光デバイス開発

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18760035
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 尾崎 信彦 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 講師 (30344873)
• キーワード: 量子ドット / フォトニック結晶 / 選択成長 / MBE / 光・光デバイス / 光非線形効果

研究概要

当研究課題は、フォトニック結晶(PC)導波路中に量子ドット(QD)を光非線形媒体として埋め込んだ超微細全光デバイス(PC-SMZ)の作製を目指し、QDの選択領域成長技術の開発を目的とする。平成18年度では、自己組織化InAs-QDの選択領域成長技術として、以下の2つの手法を検討した。
(1)メタルマスク(MM)法
超高真空MBEチャンバー内で脱着可能なメタルマスクホルダーを作製し、PC-SMZの形成パターンに合わせて設計された開口部を設けたメタルマスクを取り付けた。このマスクホルダーを、通常のMBE成長時に、GaAs基板を覆う様に配置することで、PC-SMZ作製に適した選択領域のみにInAs-QDを成長させた。結果、高密度かつ高均一なQDが選択領域に作製され、従来のMBE成長で得られるQDと遜色ない光学的クオリティを維持していることが確認された[N.Ozaki et al., J.Cryst.Growth 301-302,771(2007)]。
(2)ナノジェットプローブ(NJP)法
先端内部が空洞状のAFMカンチレバーを用いて、成長基板上の任意の位置にInドットを形成し、それを核(サイト)としたMBE成長によりInAs-QDを作製した。AFMおよびRHEED観察から、各サイトでのInAs-QD形成が確認された。また、このようなサイトコントロールしたQDをテンプレートとして、積層QD群の作製にも成功した[S.Ohkouchi, et al., J.Cryst.Growth 301-302,726(2007)]。
以上の成果により、フォトニック結晶導波路内の選択領域にのみQDを形成することが可能となり、来年度の超微細全光デバイス開発へ向けた足がかりを築いた。また、これらの成果は我々の提案するデバイスのみならず、QDを利用した微細構造作製に大いに貢献することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Selective area growth of InAs quantum dots with a Metal Mask towards optical integrated circuit devices (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Ozaki, Y.Takata, S.Ohkouchi, Y.Sugimoto, Y.Nakamura, N.Ikeda, K.Asakawa
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 301-302 ページ: 771-775
• [雑誌論文] Selective growth of InAs quantum dots using In nano-dot arrays formed by nano jet probe method (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohkouchi, Y.Sugimoto, N.Ozaki, H.Ishikawa, K.Asakawa
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 301-302 ページ: 726-730
• [雑誌論文] Selective-Area Growth of Self-Assembled InAs-QDs by Metal Mask Method for Optical Integrated Circuit Applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Ozaki, Yoshiaki Takata, Shunsuke Ohkouchi, Yoshimasa Sugimoto, Naoki Ikeda, Yoshinori Watanabe, Yoshinori Kitagawa, Akio Mizutani, Kiyoshi Asakawa
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 959 ページ: M17-03
• [雑誌論文] Broadband waveguide intersection with low-crosstalk in two-dimensional photonic crystal circuits by using topology optimization (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Watanabe, Y.Sugimoto, N.Ikeda, N.Ozaki, A.Mizutani, Y.Takata, Y.Kitagawa, K.Asakawa
  • 雑誌名: Optics Express 14(20) ページ: 9502-9507
• [雑誌論文] Photonic crystal and quantum dot technologies for all-optical switch and logic device (2006)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Asakawa, Yoshimasa Sugimoto, Yoshinori Watanabe, Nobuhiko Ozaki, Akio Mizutani, Yoshiaki Takata, Yoshinori Kitagawa, Hiroshi Ishikawa, Naoki Ikeda, Koichi Awazu, Xiaomin Wang, Akira Watanabe, Shigeru Nakamura, Shunsuke Ohkouchi, Kuon Inoue, Martin Kristensen, Ole Sigmund, Peter Ingo Borel, Roel Baets
  • 雑誌名: New J.Phys. 8(9) ページ: 208
• [雑誌論文] Topology optimized photonic crystal waveguide intersections with high-transmittance and low crosstalk (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Ikeda, Y.Sugimoto, Y.Watanabe, N.Ozaki, A.Mizutani, Y.Takata, J.S.Jensen, O.Sigmund, P.I.Borel, M.Kristensen, K.Asakawa
  • 雑誌名: Electronics Letters 42 ページ: 1031-1033