| 研究概要 |
本研究は, 半導体光デバイス構成材料の量子井戸構造化による飛躍的な特性向上, およびバルク材料では実現できない基本的特性を創造することを基礎として, 超高速超小型光スイッチ/光変調器の実現および量子井戸構造の多次元化による半導体レーザの高性能化を行い, これらの研究を通して超高速モノリシック光集積回路構成の為の学問的基礎を確立することを目的として行い, 以下の成果を得た.
半導体量子井戸構造における電界印加時の屈折率変化が通常のバルク結晶よりも約1桁大きくなることを理論的に初めて見い出すと共に, この効果を用いた超小型超高速光スイッチ/光変調器を提案した. この提案に基づいて, 多重量子井戸層を光導波路のコア部に用いたリッジ導波路構造交差型光スイッチ/光変調器素子を試作し, 半導体への電界印加では初めての光スイッチング動作を, 世界に先駆け達成した.
量子井戸構造半導体レーザの発振しきい値が, 量子化次元を増すことにより, 飛躍的に低減できることを理論的に明らかにした. この理論に基づいて, 多次元量子井戸構造半導体レーザ実現を目指し, その基礎として, 有機金属気相成長法によるGaInAsP/InP量子井戸構造の試作, 極微細加工および再成長工程の実験的検討を行い, 液体窒素温度において3次元量子井戸構造からの誘導放出を初めて観測すると共に, 同温度条件下で2次元量子井戸構造半導体レーザの連続発振を世界に先駆け実現した.
さらに, 超高速モノリシック光集積回路を構成する方法として, これまでの方法とは全く異なり, 光周波数での応答が可能な超高速電子増幅素子を基本素子とするという新しい基本概念のもとに, 金属/絶縁体超格子構造3端子電子素子を提案し, その応答速度がTHz領域にまで達することを理論的に明らかにした.
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