量子ナノ構造を用いた光変調デバイスの研究

利用量子纳米结构的光调制器件的研究

• 批准号: 11750285
• 负责人: 荒川 太郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750285/
• 关键词: 5層非対称結合量子井戸; 量子ドット; 光変調器; 光スイッチ; 電界誘起屈折率効果; 分子線エピタキシー; MEE法; ポテンシャル制御量子井戸; 光変調デバイス

本研究では、分子線エピタキシー(MBE)法により量子ナノ構造、特に量子井戸や量子ドット構造を作製し、それらの超高速光変調器への応用可能性を探ることを目的としている。本年度は、(1)Migration Enhanced Epitaxy(MEE)法による高品質GaAs量子井戸構造の作製と光学的評価、および(2)InAs自己形成量子ドットの作製、(3)InGaAs-5層非対称結合量子井戸(FACQW)の電界誘起屈折率効果の理論的検討、を行い、以下の結果が得られた。(1)MEE法におけるAlGaAs成長の原料供給方法について検討を行い、はじめにAlとAs原子を同時供給した後、GaとAsを交互供給することで、平坦か組成比の均一性の高薄膜が得られることを見出した。(2)(1)の原料供給方法を用いたMEE法により、通常のMBE法における成長温度よりも約100℃低い500℃にて、高品単一矩形量子井戸(RQW)を作製することに成功した。(3)多重矩形量子井戸(RQW)およびFACQW試料を作製した。フォトルミネセンス法、光吸収電流法により評価を行い、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)の観測した。その結果、設計通りの構造が作製されていること、および電界誘起吸収係数変化の傾向が理論に一致していることを確認した。(4)自己形成InAs量子ドット構造を作製条件の最適化を図った。その結果、直径20〜30nm、高さ8nm、高密度(1〜2×10^<11>/cm^2)の量子ドット構造の作製に成功した。(5)InGaAs/InAlAs-FACQW構造の最適化シミュレーションを行った。その結果、GaAs/AlGaAs系と同様、巨大な屈折率変化が得られる構造を見出した。また、層厚ゆらぎが生じた場合の特性劣化について検討を行い、各層厚が±1ML(分子層)揺らいでも、電界誘起屈折率変化量は、本来の値の約半分程度にまでしか低下しないことが判明した。

In this paper, we investigate the application possibility of ultra-high-speed optical modulator by molecular wire (MBE) method in quantum structure, quantum well and quantum structure. This year,(1) optical evaluation of the fabrication of high quality GaAs quantum well structures by Migration Enhanced Epitaxy(EEE) method,(2) fabrication of InAs self-formed quantum wells,(3) theoretical investigation of the effect of electrically induced refractive index of InGaAs-5 layer asymmetric quantum well (FACQW), and the following results were obtained. (1)MEE method for AlGaAs growth raw material supply method in the process of discussion, in the process of simultaneous supply of Al and As atoms, Ga and As alternately supplied, flat, composition ratio uniformity of high thin film obtained. (2) The raw material supply method of (1) was successfully prepared by MEE method, conventional MBE method, and rectangular quantum well (RQW) method at growth temperature ranging from about 100℃ to 500℃. (3)Multiple rectangular quantum wells (RQW) and FACQW samples were prepared. The method of optical absorption current (OIS) and quantum close analysis (QCSE) are used to evaluate the performance of optical absorption current (OIS). The results and design of the structure are consistent with those of the theory. (4)InAs quantum structure optimization As a result, the quantum structure with diameter of 20 ~ 30nm, height of 8nm and high density (1 ~ 2×10^<11>/cm^2) was successfully fabricated. (5) Optimization of InGaAs/InAlAs-FACQW structure. As a result, GaAs/AlGaAs systems are similar, and the large refractive index changes are obtained. In the case where the layer thickness is increased, the characteristic deterioration is investigated. The thickness of each layer is ±1ML(molecular layer). The change in the refractive index induced by the electric field is approximately half of the original value.

项目成果

Kunio Tada,Taro Arakawa,Joo-Hyong Noh,Tatsuya Suzuki: "Ultra-Fast and Low Voltage Optical modulator Based on Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well"Proc.of The 6th JAPAN-Taiwan Seminar on Science and Tech-nology Advanced Compound Semiconductor Materia

Kunio Tada、Taro Arakawa、Joo-Hyong Noh、Tatsuya Suzuki：“基于五层不对称耦合量子阱的超快低压光调制器”论文集第六届日台先进化合物科技研讨会

岡宮由樹,盧柱亨,荒川太郎,鈴木達也,酒井信昭,長谷川怜雄,多田邦雄: "MEE法の5層非対称結合量子井戸光変調器作製への応用(II)"第48回応用物理学関係連合講演会・予稿集(28aYF-6). (2000)

Yuki Okamiya、Toru Roshi、Taro Arakawa、Tatsuya Suzuki、Nobuaki Sakai、Reio Hasekawa、Kunio Tada：“MEE 方法在五层非对称耦合量子阱光调制器制造中的应用（II）”第 48 届应用物理协会讲座/论文集（ 28aYF-6）（2000）。

K.Tada,T.Arakawa,K.Kazuma,N.Kurosawa,and J.-H.Noh: "Influence of One Monolayer Thickness Variation in GaAs/AlGaAs Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well upon Electrorefractive Index Change"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.40,No.2. 656-661 (200

K.Tada、T.Arakawa、K.Kazuma、N.Kurosawa 和 J.-H.Noh：“GaAs/AlGaAs 五层不对称耦合量子阱中单层厚度变化对电折射率变化的影响”日本期刊

T.Arakawa,K.Tada,N.Kurosawa,J.-H.Noh: "Anomalous Sharp Dip of Large Field-Induced Refractive Index Change in GaAs/AlGaAs Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39,No.11. 6329-6333 (2000)

T.Arakawa，K.Tada，N.Kurosawa，J.-H.Noh：“GaAs/AlGaAs 五层不对称耦合量子阱中大场诱导折射率变化的异常急剧下降”日本应用物理学杂志。

数馬研介,多田邦雄,荒川太郎,盧柱亨: "5層非対称結合量子井戸の層厚ゆらぎを考慮した電界誘起屈折率変化特性の解析"第61回応用物理学会学術講演会・予稿集(4aZE-3). (2000)

Kensuke Kazuma、Kunio Tada、Taro Arakawa、Toru Rokuju：“考虑五层非对称耦合量子阱中层厚度波动的电场引起的折射率变化特性分析”日本应用物理学会第 61 届年会论文集（4aZE-3））（2000）。