半導体量子ドットの形成・物性評価と光情報通信デバイスへの応用

半导体量子点的形成、物性评价及其在光信息通信器件中的应用

基本信息

批准号：
02J07776
负责人：
館林潤
金额：
$ 1.28万
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

项目摘要

量子ドットはその大きな量子効果・歪効果等を制御することにより、GaAs基板上で1.3或いは1.55μm帯でのレーザ発振を実現させるためのアプローチとして注目を集めている。既に多くのグループが量子ドットレーザの1.3μm帯でのレーザ発振を実現しているが、その殆どはMBEにより成長したものである。量産性や再成長・選択成長等を利用した光集積素子への応用を考慮するとMOCVDでレーザ発振を実現することは非常に重要である。MOCVDでの長波長レーザ発振を困難にしていたのは、pクラッド層成長時における量子ドットのアニール効果による発光波長の短波化である。そこで、InAs量子ドットをInGaAs歪緩和層で埋め込む構造を用いることにより量子ドットの発光波長を長波化させ、アニール効果による短波化を相殺することが可能である。今回、量子ドットのアニール温度及びアニール時間を変えたときのアニール効果による発光波長のシフト量を詳細に評価・検討した結果、あるアニール温度を境に急激にアニール効果による発光波長のシフトが起きることを見出した。以上のアニール効果を考慮し、減圧MOCVDで成長した積層InAs量子ドットを活性層に用いたリッジ型レーザ構造を作製し、両端面にHRコーティング(反射率92%)を施しその特性を評価した。まず、上部クラッド層を高温で成長したレーザについては、発振波長1.18μm、閾値電流6.7mA(共振器長700μm)にてレーザ発振が得られた。PL特性と比較した結果、今回得られたレーザ発振は量子ドットの基底準位からの発光と推定できる。また、より長波長帯での発光を実現するためには、上部クラッド層の低温成長によるアニール効果の抑制は必要である。今回、上部クラッド層を低温で成長したレーザについては、1.265μmでの室温連続発振を達成した。閾値電流値は27.8mA(共振器長1mm)となっている。この結果から、MOCVD法を用いた量産性に向く量子ドットレーザ実現の布石を打ったと言える。

量子点吸引了人们的注意，作为通过控制其大量子和失真效应的GAAS基板上1.3或1.55μM带中激光振荡的方法。许多组已经在1.3μm量子点激光器带中实现了激光振荡，但是大多数使用MBE生长了。考虑使用质量产生，再生，选择性增长等到光学集成设备的应用，使用MOCVD实现激光振荡非常重要。使长波长激光振荡难以在MOCVD中的原因是由于量子点在p粘合层的生长过程中的退火效应而导致发射波长的缩短。因此，通过使用INAS量子点埋入Ingaas应变弛豫层的结构，量子点的发射波长可以是长波，并且由于退火效果而引起的短波可以被抵消。在本文中，我们评估并检查了由于退火效果而详细更改量子点时，由于退火效果引起的发射波长的变化量，发现由于退火效果发生在某些退火温度下，由于退火效应引起的发射波长的突然变化。考虑到上述退火效果，使用降低的压力MOCVD作为活性层生长的层压INAS量子点制造了脊型激光结构，并将HR涂层（反射率为92％）应用于两个末端表面以评估其性质。首先，对于在高温下生长上覆层的激光器，以1.18μm的振荡波长为1.18μm，阈值电流为6.7 mA（谐振器长度为700μm），获得了激光振荡。由于与PL特性进行了比较，因此可以估计获得的激光振荡是从量子点的基础水平发射的。此外，为了在更长的波长带中实现光发射，由于上覆层的低温生长，有必要抑制退火效果。这次，在低温下生长的上覆层的激光能够以1.265μm的形式达到室温连续振荡。阈值电流值为27.8mA（谐振器长度为1mm）。从这些结果可以说，MOCVD方法为实现适合批量生产的量子点激光奠定了基础。