半導体量子ドットレーザの研究

半导体量子点激光器研究

• 批准号: 02F00657
• 负责人: 荒川 泰彦
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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-02F00657/
• 关键词: 高密度量子ドット; 有機金属気相成長; Ga(In)As中間層; 半導体量子ドット; 有機金属気層堆積法; AlAs層; 段階的に原料の供給量を変化

量子ドットを代表とする量子マイクロ構造を埋め込んだ半導体レーザは、閾値電流密度の低減など、今後の光通信分野に革命をもたらすと期待されている。しかし、そのためには、10nm程度の量子ドットを高均一、高密度で作製する必要があり、現在、その確立した技術は存在しない。本研究に於いて、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用い、AlAsの下地の上に、高密度のInAs量子ドットを作製することに世界で初めて成功したので報告する。通常、GaAs(001)上にAlAsを成長すると、表面が荒れ、デバイス作製には向かない。しかし、この表面の荒れこそ、量子ドットが最初に形成されるサイトに最適であることに気が付き、逆にこの表面を利用することによって、4.7×10^<11>cm^<-2>という高密度量子ドットを作製した。量子ドットのサイズは、平均で14nm。また、MOCVD成長時に、原料をGaAsから、AlAsに切り替える際、通常は、成長中断を行なうが、AlAs成長にとって、この中断は、GaAs層とAlAs層の界面に致命的な欠陥を導入する機会となり、光学特性に悪影響を及ぼすことを見出した。そこでAlAs層成長後にInGaAs中間層をもうけることにより、光学特性の改善を図った。その結果、中間層が無い構造に比べ、発光強度は3.8倍改善した。また均一性を示す指標である半値幅は25meVと比較的狭い発光スペクトルを得ることに成功した。発光ピーク波長は1258nmであり、光通信用波長帯である1.3μm帯に非常に近く、今後の量子ドットレーザ実用化に向け、高密度・高均一かつ長波長という必要条件を満たすという点で非常に有望な結果が得られた。

Quantum technology represents the future of semiconductor technology, and the future of optical communication technology is expected to be improved. High uniformity and high density of quantum particles at the level of 10 nm are necessary for the establishment of technology. This paper reports on the first successful application of organic metal vapor deposition (MOCVD) devices in the world for the fabrication of high-density InAs quantum devices in AlAs. Generally, GaAs (001) on the AlAs growth, surface, and the reverse process. The surface of the quantum dots was initially formed, and the quantum dots were optimized. The surface of the quantum dots was utilized, and the density of the quantum dots was 4.7 × 10 ^cm.<11><-2>The average wavelength is 14 nm. During MOCVD growth, GaAs raw material is cut off, AlAs is cut off, growth interruption occurs, AlAs growth is interrupted, fatal defects are introduced at the interface between GaAs layer and AlAs layer, and optical characteristics are affected. After the growth of the AlAs layer, the InGaAs intermediate layer is improved. As a result, the intermediate layer has no structure, and the luminous intensity is improved by 3.8 times. Homogeneity indicator: half amplitude: 25 meV; narrow range: 100 meV; success: 100 meV The wavelength of light emission is 1258 nm. The wavelength range for optical communication is 1.3 μ m. It is very close. In the future, the quantum technology will be used in the direction of high density, high uniformity and long wavelength. The necessary conditions are very promising.

项目成果

S.K.Park, J.Tatebayashi, Y.Arakawa: "Structural and optical properties of high-density (>10^<11>cm^2) InAs QDs with varying Al(Ga)As matrix layer thickness"Physica E. 21. 279-284 (2004)

S.K.Park、J.Tatebayashi、Y.Arakawa：“具有不同 Al(Ga)As 基质层厚度的高密度 (>10^<11>cm^2) InAs QD 的结构和光学特性”Physica E. 21. 279

S.K.Park, J.Tatebayashi, Y.Arakawa: "ENHANCED PL OF HIGH DENSITY (〜4.7×10^<11>cm^2) InAs QDs BY USING GRADED INTERFACE OF GaAs/AlAs/GaAs"CLEO-Pacific Rim 2003, Taipei, Taiwan (2003.12). 273 (2003)

S.K.Park、J.Tatebayashi、Y.Arakawa：“通过使用 GaAs/AlAs/GaAs 的梯度界面增强高密度 PL (~4.7×10^<11>cm^2) InAs QD”CLEO-Pacific Rim 2003，台北，台湾（2003.12）273（2003）。

S.K.Park: "A Study on High Density (up to 4.7×10^<11>/cm^2) InAs/AlAs Quantum Dot Structures"第50回応用物理学関係連合講演会. 第3分冊. 1463 (2003)

S.K.Park：“高密度（高达 4.7×10^<11>/cm^2）InAs/AlAs 量子点结构的研究”第 50 期应用物理协会讲座第 3 卷。1463 (2003)。

S.K.Park, J.Tatebayashi, Y.Arakawa: "Formation of ultra high-density InAs/AlAs quantum dots by metalorganic chemical vapor deposition"Appl.Phys.Lett.. 84. 1877-1879 (2004)

S.K.Park、J.Tatebayashi、Y.Arakawa：“通过金属有机化学气相沉积形成超高密度 InAs/AlAs 量子点”Appl.Phys.Lett.. 84. 1877-1879 (2004)

S.K.Park, J.Tatebayashi, C.J.Park, H.Y.Cho, Y.Arakawa: "High Density and High Uniformity InAs/AlAs QDs by Using Insertion Layer"The 12th Seoul International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications, Gyeongju, Korea (2004.03). 201 (2004)

S.K.Park, J.Tatebayashi, C.J.Park, H.Y.Cho, Y.Arakawa：“High Density and High Uniformity InAs/AlAs QDs by Use Insertion Layer”第十二届首尔国际半导体物理及应用研讨会，韩国庆州 (2004.03