ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ系量子井戸によるシュタルク効果型光変調器の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23560010
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 阿部 友紀 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20294340)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安東 孝止 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60263480)
• Keywords: 量子閉じ込めシュタルク効果 / ZnO/ZnMgO量子井戸 / 透過型光変調器 / シュタルクシフト

Research Abstract

本研究の目的は, 励起子結合エネルギーの大きいZnO系II-VI族化合物半導体量子井戸における励起子効果(量子閉じ込めシュタルク効果)によって，光変調器を実現することである。
まず，MBE成長により理論設計に基づいた量子井戸を作製し，光変調器の基礎動作原理である量子閉じ込めシュタルク効果を検証した。具体的には，紫外透明有機導電膜PEDOT:PSSを用いたショットキダイオードにより外部バイアス0～10Vを印加して，電界反射変調分光法により励起子遷移エネルギーのシフトを実証した。
次に，ZnOおよびZnMgOエピタキシャル膜の高品質化を図るためにMgOバッファ成長の基礎技術を構築した。具体的には，c面サファイア基板上に1nm程度のMgOバッファ層を成長した後にO極性ZnOバッファを成長した。この複合バッファ層を成長後にアニールを行って，バッファ層の高品質化を行い，Gaドープn型ZnMgO層を形成した。その上にZnO/ZnMgO量子井戸層を成長した。X線回折半値幅は，従来のa面サファイア基板上の素子と比較して数分の１程度に減少し，量子井戸の品質が改善された。光変調器では，透過光による電界変調吸収スペクトルから20meVのシュタルクシフトを得た。また，透過型光変調器として波長370nm(3.35eV)において光変調動作を確認した。
最後に，電解液による電圧印可により2Vという低電圧動作でシュタルクシフト16meVを得ることに成功し，低電界で大きなシュタルクシフトが得られるという理論値との整合性が確認された。
以上の結果により，ZnO/ZnMgO量子井戸が次世代光ディスク用として開発が進められている350nm～400nm帯の紫外光変調器に応用可能であることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode of organic (PEDOT:PSS)-inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2014)
  • Author(s): Tomoki Abe, Noriyuki Ikadatsu, Ryoichi Inoue, Takeru Fujimoto, Kenta Tanaka, Akio Tazue, Yusuke Inagaki, Masahiro Ebisu, Hirofumi Kasada andKoshi Ando
  • Journal Title: physica status solidi (c) Volume: Published online 28 March 2014 Pages: -
  • DOI: 10.1002/pssc.201300602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2014)
  • Author(s): T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada andK. Ando
  • Journal Title: physica status solidi (c) Volume: Published online 2 April 2014 Pages: -
  • DOI: 10.1002/pssc.201300618
  • Peer Reviewed
• [Presentation] インクジェット法による有機-無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発 ～表面保護膜による長寿命化と集積化に向けて～ (2014)
  • Author(s): 井上亮一，稲垣雄介，筏津教行，藤本健，田中健太，田末章男，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
  • Year and Date: 20140317-20140320
  • Invited
• [Presentation] MBE法により成長した高抵抗p型ZnO:N薄膜の精密評価 ～N2(O)を起源とするdouble donorの検証～ (2014)
  • Author(s): 野田佳佑，政本卓也，木寺亮太，松尾拓朗，廣江伸哉，秋山章雅，行衛孝明，奥山彰浩，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] インクジェット法による有機-無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発 ～表面保護膜による素子劣化の抑制～ (2013)
  • Author(s): 井上亮一，稲垣雄介，筏津教行，藤本健，田中健太，田末章男，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] RS-MBE法を用いたホモエピタキシャル成長NドープZnO薄膜のp型伝導制御 ～NO+O2混合ガスによる成長～ (2013)
  • Author(s): 廣江伸哉，松尾拓郎，木寺亮太，秋山彰雅，行衛孝明，政本卓也，野田佳佑，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止，奥山彰浩
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode (APD) of organic (PEDOT:PSS) - inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2013)
  • Author(s): T. Abe, N. Ikadatsu, R. Inoue, T. Fujimoto, Y. Inagaki, M. Ebisu, H. Kasada, and K. Ando
  • Organizer: The 16th International Conference on II-VI Compund and Related Materials
  • Place of Presentation: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Japan
  • Year and Date: 20130909-20130913
• [Presentation] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2013)
  • Author(s): T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada andK. Ando
  • Organizer: The 16th International Conference on II-VI Compund and Related Materials
  • Place of Presentation: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Japan
  • Year and Date: 20130909-20130913