自己組織化低次元量子井戸構造の作製と波長変換素子への応用に関する研究

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本研究は、次世代光ファイバー通信網システムにおいて期待される高密度波長分割多重方式を実現するための周波数変換器として、半導体レーザ増幅器の四光波混合による波長変換素子、また光交換用光スイッチを実現するための研究を行った。理論的な検討として、低次元量子井戸構造内における非線形感受率χ^<(3)>を密度行列理論を用いて数値計算を行い、量子構造の次元を低減化することによってこの非線形感受率χ^<(3)>が大幅に増大することが可能なことを見いだした。具体的には通常の量子薄膜構造に比べて量子ドット構造では約10倍の非線形感受率χ^<(3)>が期待できる。こうした魅力のある半導体材料の作製として、有機金属気相成長法による自己組織化量子ドット構造の作製を試みた。基板には光通信システムで用いられている多くの光デバイスと集積化が可能なInP基板を用い、その基板上にInAs量子ドットの成長を行った。そして平均直径56nm、標準偏差8nmの量子ドット構造を得た。また同一基板上に異なる役割を担う光デバイスを集積化するための技術として有機金属気相成長法による選択成長技術の開発を行った。そして実際に同一基板内におけるバンド端制御を確認し、さらにこの技術を用いた光デバイスとして光の進路を空間内において自由に偏向することができる光スイッチ素子への応用を提案し、これを実現するための数値解析及びその基礎的実験を行い、偏向角7度程度が期待できることを明らかにした。