新しい低次元量子構造の光学特性とその機能光デバイス応用

新型低维量子结构的光学特性及其功能光学器件应用

• 批准号: 02F00083
• 负责人: 荒井 滋久
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00083/
• 关键词: 半導体レーザ; 量子細線レーザ; 量子箱レーザ; 歪量子細線レーザ; GalnAsP混晶; 電子線リソグラフィー; 有機金属気相成長法; ドライエッチング; GaInAsP混晶

本研究では、低次元量子構造の応用として、歪補償低次元量子構造の微細化・高品質化および高密度化を推進して、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザ、および新しい低次元量子構造の光学特性を理論・実験より明らかにすると共に、それを応用した新しい機能光デバイスの基礎を確立することを目的としている。本年度は昨年度実現した歪補償量子細線レーザの室温連続動作寿命試験を行うと共に、量子細線幅の不均一性の評価、及び歪分布を考慮した量子細線の工学利得の偏波異方性の理論解析を行い、以下に挙げる成果を得た。1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法(トップダウン的手法)によって、量子細線幅23nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザ(量子細線幅23nm、周期80nm)の室温連続動作条件下での寿命試験を行い、10,000時間以上経過後も特性劣化が生じないことを確認した。この結果より、本研究で開拓した極微構造形成法は、実用水準の光デバイス作製に有望な低損傷界面を実現できることを明らかにした。2)さらに、極微構造形成を推進し、量子細線幅14nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザを実現した。3)極微構造形成プロセスを検討した結果、幅27nmおよび18nmの多層歪量子細線構造において、細線幅の揺らぎ(標準偏差)が±10%以下の高い均一性が得られることを実証した。4)歪量子井戸構造を極微加工して得られる量子細線構造に残留する歪応力を考慮したバンド構造解析を世界で初めて行った。その結果、従来の理論解析では説明できなかった、細線幅に対する遷移エネルギーのブルーシフト量の実験結果を説明できることを明らかにした。5)さらに、異なる量子細線幅に対して、歪応力分布を考慮した量子細線における光学利得の偏波依存性を理論解析より明らかにした。

This study aims to advance the application, refinement, high quality and high density of low-dimensional quantum structures, and to improve the optical properties of high-performance semiconductors with high-quality quantum well structures. The purpose of the new function is to establish the foundation of the new function. This year, we have conducted a series of experiments on the operating life of quantum fine wires at room temperature, including the evaluation of the heterogeneity of quantum fine wire amplitude and the consideration of the distribution of quantum fine wire skew. 1)The life test of 5-layer quantum fine wire with quantum fine width of 23nm and period of 80nm (quantum fine width of 23 nm and period of 80nm) under continuous operation condition at room temperature was carried out, and the degradation of the characteristics of the electron beam was confirmed after more than 10,000 times. The results of this study suggest that the method of forming fine dust structure is expected to realize the low damage interface by using standard optical technology. 2) Today, the formation of fine particle structure is advancing, the quantum fine line width of 14nm, the period of 80nm and the 5-layer quantum fine line are realized. 3)The results of the microstructural analysis show that the multi-layer quantum fine wire structure with an amplitude of 27nm to 18nm has a high uniformity of ±10% or less. 4)The quantum well structure is processed by fine particles, and the residual force of the quantum fine wire structure is considered. The results of the theoretical analysis are explained in detail below. 5) Quantum fine wire amplitude correlation and skew force distribution are taken into account. Theoretical analysis of optical gain polarization dependence of quantum fine wire is made clear.

项目成果

A.Haque: "Electronic band structures of GalnAsP/lnP vertically stacked multiple quantum wires with strain-compensating barriers"J.Appl.Phys.. 94・3. 2018-2023 (2003)

A.Haque：“具有应变补偿势垒的 GalnAsP/lnP 垂直堆叠多量子线的电子能带结构”J.Appl.Phys.. 94・2023 (2003)。

K.Ohira: "Stable Single-Mode Operation of Distributed Feedback Lasers With Wirelike Active Regions"IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5. 1166-1171 (2003)

K.Ohira：“具有线状有源区域的分布式反馈激光器的稳定单模操作”IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5。

T.Okamoto: "Optically Pumped Membrane BH-DFB Lasers for Low-Threshold and Single-Mode Operation"IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5. 1361-1366 (2003)

T.Okamoto：“用于低阈值和单模操作的光泵浦膜 BH-DFB 激光器”IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5（2003）。

H.-C.Kim: "1.5μm- Wavelength Narrow Stripe Distributed Reflector Lasers for High-Performance Operation"IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5. 1146-1152 (2003)

H.-C.Kim：“用于高性能操作的 1.5μm 波长窄带分布式反射激光器”IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.. 9・5。

H.-C.Kim: "Distributed Reflector Lasers with First-Order Vertical Grating and Second-Order Bragg Reflectors"Jpn.J.Appl.Phys.. 41・12. 7396-7397 (2002)

H.-C.Kim：“具有一阶垂直光栅和二阶布拉格反射器的分布式反射器激光器”Jpn.J.Appl.Phys.. 41・12 (2002)。