| 研究概要 |
本研究では,従来の光デバイスの動作限界を大幅に打破るデバイス原理として,新たにキャリアの活性領域注入過程であるエネルギー緩和の精密な量子構造による制御機構を創出し,高性能デバイスの実現を目指している.その実現に向け,1.キャリア散乱・注入制御の詳細な原理・理論モデル構築と本手法の限界特性解明,2.デバイス試作に必要な半導体結晶成長技術の確立,3.デバイス試作に基づく現象の実験的検証とデバイスの実証について今年度の研究を推進し,以下の成果を得た.
1.緩和特性を個々のエネルギー状態に基づき考慮した光デバイスの動作モデルについて,準位数増加による数値解析精度改善を進めるとともに,これまで検討したトンネル構造の多重量子井戸化の有効性の評価と,新たなWell-in-well構造を提案した.これら構造の変調特性限界の条件依存性について解析を進め,数倍の変調帯域が得られる可能性を示した.また,半導体光増幅器(SOA)のパターン効果抑制条件の詳細な検討を進めるとともに,緩和速度制御はできないがキャリア蓄積効果の得られる低バンドギャップ構造を提案し,数値解析から高速動作への有効性を示した.
2.これまでのトンネル構造結晶成長条件を,より高品質化するための条件探索を進めた.得られた条件を用い,共鳴トンネル構造,Well-in-well構造,低バンドギャップ構造のデバイス結晶成長を行った.
3.Well-in-Well構造レーザで,通常量子井戸に近いしきい値電流密度の発振を確認した.また,変調特性実験に向けて狭リッジ構造製作条件の検討を進めた.さらに,低バンドギャップ構造のSOAを製作し,発光特性評価から自然放出光の増幅とみられる光出力特性を観測するとともに,そのスペクトル評価から光閉じ込め層へのキャリア蓄積を確認した.
今後,より高品質な結晶形成,高速動作に向けた変調特性や増幅動作評価,および理論と実験の違いの評価が必要である.
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