Bi系化合物半導体量子ドットによる完全温度無依存レーザ

使用Bi基化合物半导体量子点的完全不受温度影响的激光器

• 批准号: 21K04914
• 负责人: 赤羽 浩一
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04914/
• 关键词: 量子ドット; Bi系化合物半導体; 半導体レーザ; 分子線エピタキシー; ドロップレット; ビスマス; Bi

本研究課題では完全に温度無依存な半導体レーザ実現のため、Bi系半導体量子ドットの形成法を確立することを目的とする。2022年度はBiを照射した量子ドットレーザの作製とその特性評価、並びにGaAs系材料におけるBiドロップレットの結晶化（ドロップレットエピタキシー）方法の研究を行った。InP系材料におけるBi照射量子ドットレーザの作製では少量のBi混入の期待できる温度領域（380℃）で量子ドットレーザを作製し、レーザ発振を確認した。作製した量子ドットレーザの発振波長の温度変化（20℃～75℃の温度領域）を評価したところ、Biの照射を行っていない量子ドットレーザの波長変化27nmに比べて、Biを照射した量子ドットレーザでは9nmの波長変化となり、発振波長の温度変化の大幅な低減に成功した。しかしながら、この際のBiの混入量は1％以下であり、波長シフト抑制の詳しいメカニズム解明は今後の課題である。GaAs系材料におけるBi混入InAs量子ドットの作製法の確立の研究では、出発物質をBiドロップレットとし、これにInおよびAsを供給することでInAsBi量子ドット形成を試みた。Biドロップレットの形成では基板温度を250℃以下に下げることにより、Biドロップレットを形成することに成功した。その後のIn照射、As照射についても検討を行い、一部InAsBiとして結晶化している傾向が見られたが、Biが単体で結晶化している部分も残り、完全なInAsBi結晶の形成には至らなかった。これとは別にInAsBi量子井戸をTEM観察中に加熱する実験を行ったが、ここでは最初量子井戸として膜構造であったものが量子ドットのように3次元的なナノ構造に変化する現象が確認された。得られたナノ構造にBiがどの程度含まれているかや、ウエハレベルで同じ現象が形成されるかを今後調べる予定である。

The purpose of this study is to establish a method for the formation of a completely temperature-independent semiconductor quantum device. In 2022, the preparation and characterization of Bi particles irradiated by Bi and the crystallization method of Bi particles in GaAs materials were studied. InP-based materials are prepared by Bi irradiation, and a small amount of Bi is expected to be mixed in the temperature range (380℃). The temperature variation of the emission wavelength of quantum radiation (temperature range of 20℃~75℃) was evaluated. The wavelength variation of quantum radiation was 27nm. The wavelength variation of emission wavelength was 9nm. The temperature variation of emission wavelength was greatly reduced. The mixing amount of Bi is less than 1%. The wavelength is suppressed. The problem is solved. A Study on the Establishment of a Method for the Preparation of Bi-doped InAs Quantum Devices for GaAs-based Materials; The temperature of the substrate is below 250℃. After In irradiation and As irradiation, some InAsBi crystals tend to crystallize, while Bi crystals tend to crystallize partially and completely. This phenomenon was confirmed in the TEM observation of InAsBi quantum well structure. It is found that the degree of structural change includes the formation of the same phenomenon and the future adjustment.

项目成果

Bi照射InP(311)B上多重積層量子ドットレーザの発振波長温度依存性

Bi辐照InP(311)B多层量子点激光器振荡波长的温度依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: 簗瀬 智史;赤羽 浩一;松本 敦;梅沢 俊匡; 山本 直克;富永 依里子;菅野 敦史;前田 智弘;外林 秀之
• 通讯作者: 外林 秀之

Surfactant effect of Bi on InAs quantum dot laser diode

Bi对InAs量子点激光二极管的表面活性作用

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac9e31
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Satoshi Yanase;Kouichi Akahane;Atsushi Matsumoto;Naokatsu Yamamoto;Atsushi Kanno ;Tomohiro Maeda;and Hideyuki Sotobayashi
• 通讯作者: and Hideyuki Sotobayashi

Fabrication of ultra-low-density InAs quantum dots on InP(311)B substrates for telecom-band single-photon sources

用于电信频段单光子源的 InP(311)B 衬底上超低密度 InAs 量子点的制备

• 发表时间: 2023
• 作者: Kouichi Akahane;Kiyora Kaneki;Atsushi Matsumoto;Toshimasa Umezawa;Naokatsu Yamamoto;Tomohiro Maeda;Hideyuki Sotobayashi;Yoriko Tominaga;Atsushi Kanno
• 通讯作者: Atsushi Kanno

InP(311)B基板上のInAs量子ドット成長におけるBiサーファクタント効果

Bi表面活性剂对InP(311)B衬底上InAs量子点生长的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 赤羽 浩一;松本 敦;梅沢 俊匡;山本 直克;富永 依里子;菅野 敦史
• 通讯作者: 菅野 敦史

動作特性が温度無依存である半導体レーザの開発に向けたInAs1-xBix/GaAs 量子ドットのMBE成長

InAs1-xBix/GaAs 量子点的 MBE 生长，用于开发具有与温度无关的工作特性的半导体激光器

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉岡 顕大;岡村 祐輝;横手 竜希;藤野 翔太朗;富永 依里子;行宗 詳規;石川 史太郎;林 将平;赤羽 浩一
• 通讯作者: 赤羽 浩一