サブバンド間遷移多重量子井戸の結晶成長と1.55μm帯超高速電界吸収型光変調器への応用に関する研究

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本研究では、次世代超高速光通信のキーデバイスである超高速光変調器の開発を目的としている。電界によって非対称量子井戸における量子準位間遷移(ISBT)吸収を変化させる新しい原理の光変調器を提案し、その試作と動作検証を目指している。本年度は、非対称量子井戸構造を用いた電界吸収型光変調器の理論設計、分子線エピタキシー(RF-MBE)法によるAlN/GaN超格子結晶の高品質化に向けた結晶成長技術の開発、AlN/GaN超格子結晶のISBT吸収係数と自由キャリア吸収係数の測定、および光デバイス作製に向けた基礎実験を行った。極限の平坦性を有するAlN/GaN超格子結晶成長のキーとなるサファイア基板上AlN結晶の成長条件を把握し、表面粗さRMS値0.2nmという原子レベルの平坦性を達成した。光通信波長である1.55μm付近において、サファイア基板上GaN/AlN超格子結晶にSiO_2ストライプを形成したリブ導波路でのISBT吸収の偏波依存性の観測、キャリア濃度波長1x10^<18>cm^<-3>〜3x10^<20>cm^<-3>という広い範囲におけるISBT吸収係数のキャリア濃度依存性の測定、および自由キャリア吸収係数のキャリア濃度依存性の測定を行った。また、X線回折測定から算出したGaN井戸層厚とAlN障壁層厚を用い、ISBT吸収ピーク波長の実験値と理論値を比較した結果、AlN/GaNヘテロ界面に相互拡散層が存在する可能性を指摘した。また、櫛型電極を有する光導電型AlN/GaN-ISBT受光素子を試作し、光通信波長帯である1,55μm付近の波長可変レーザを光源として受光特性を評価したところ、室温における受光動作に初めて成功した。