サブバンド間遷移超高速光スイッチの低エネルギー動作化に関する研究

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将来の大容量・超高速光通信・光信号処理技術にむけて、小型・低消費電力で動作するサブバンド間遷移型の超高速全光スイッチの研究開発を行ってきた。現状では低エネルギー化が当面の最重要課題となっている。本年度はInGaAs/AlAsSb量子井戸を対象としてスイッチ動作を生じさせる位相変調効果のメカニズム解明と高効率な位相変調効果を得るための量子井戸構造の設計指針についてさらに詳細な理論検討を進めた。昨年度の研究結果によりInGaAs/AlAsSb結合二重量子井戸において観測された位相変調特性の起源として、サブバンド間遷移の励起によりフェルミレベルが変化し、バンド間遷移分散が変調を受けるというモデルが有力な候補であることが明らかになった。本年度はこのモデルをさらに精密に検証するためには、サブバンド間遷移を光励起したときに発生する屈折率変化を、8x8kp摂動法により計算したバンド構造にもとづいて、実験との比較を行いメカニズムを検証した。特に最近InGaAs/AlAsSb結合二重量子井戸構造において、結合障壁層を従来のAlAsからAl0.5Ga0.5Asに変更すると位相変調効率が0.5rad/pJにまで増大することが発見されており、このメカニズムについて詳細な検討を行った。結合障壁層をAlAsからAlGaAsに変更すると、結合障壁層のポテンシャルが下がるため、井戸間の結合が強まり第一準位のエネルギーが下がる。このためバンド間遷移波長が長波長へシフトするため、バンド間遷移分散の効果が増強されて位相変調効率が増大していることがわかった。位相変調効率の結合障壁層Ga濃度依存性、キャリア濃度依存性について定量的な計算を行い、最適な構造を得るための指針を確立した。