有機金属気相成長法による選択成長を用いた波長制御光集積デバイスに関する研究

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次世代の適応型光通信ネットワークを実現するには、動的な波長操作機能を有する複合機能デバイスの実現が強く望まれる。現在用いられている光源、受信器等と同様のInP系半導体材料を用い、それらとのモノリシック集積による機能拡張が一つの方法と考えられる。機能集積の観点からは、複数の素子を1チップに容易に形成する有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法が有効である。本研究では、光の伝搬方向での層厚・バンド端制御だけでなく横方向にその制御性を応用し、それぞれの導波路の相互作用による光制御を目指した。導波路アレイを挟むストライプ状マスクの片側のみに幅広マスクを配置した非対称構造にすることにより、それぞれ導波路毎に層厚の異なる導波路アレイを形成し、光の伝搬定数、つまり等価屈折率の制御を行った。この導波路アレイを用いて、波長分波器、光偏向器を実現した。各アレイ導波路の屈折率を動的に制御し、出力ポートにおいて波長の順列を任意に決定するような、波長軸上での動的スイッチング機能の可能性を示唆した。これは既に報告のある波長合分波器と光スイッチを組み合わせて実現される波長選択スイッチを、単一の導波路デバイスで置き換えることが可能となる事を示唆するものである。半導体材料の観点から、量子ドット(QD)構造をコア層とした導波路の導入を検討した。前述の選択成長法を利用しバンド端の異なるQD、つまり形状の異なるQDを実現することにより、大きな屈折率変化を実現することが可能になる。実験的に、SK成長モードによる(100)InP基板上に自己組織InAs QDの作製を減圧MOVPE法により小ドット径・高密度QDの作製に成功し、さらに選択成長を適応し、各導波路においてドット径・密度の変化を確認した。これは本研究の導波路アレイのみならず、広波長帯域に対応可能なデバイス実現にとっても有益な成果であるといえる。