半導体量子ドットやシリコンをベースにした次世代光デバイスの開発

基于半导体量子点和硅的下一代光学器件的开发

• 批准号: 08F08741
• 负责人: 荒川 泰彦
• 金额: $ 1.02万
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08741/
• 关键词: 化合物半導体; 量子ドット; レーザ; 太陽電池; フォトルミネッセンス; ナノテクノロジー; ヒ化インジウム; ヒ化ガリウム

量子ドットを用いた半導体レーザは、その低閾値動作、温度安定性といった利点から、次世代の通信技術への応用に期待が持たれている。そこでシリコンをベースとした集積回路との融合への布石として、また低コスト化を目的として、従来GaAs基板上に形成されてきたInAs量子ドットをSi基板上に作製することを試みた。今回、Ge薄膜がSi基板上に接着されているというGeOI代替基板上への高密度高品質なInAs量子ドットの直接成長に成功し、その発光波長を通信波長帯の1.3ミクロン帯に調整することに成功した。さらに、作製したInAs量子ドットからの発光強度は、Si基板上に直接成長されたものが従来のGaAs基板上に成長されたものに対し著しく低かったのに対し、同程度であったことから、非常に品質の高い量子ドットが得られていることが分かった。この端緒的な発見は半導体量子ドットやシリコンをベースにした次世代光デバイスの開発に向けて新概念をもたらすと期待される。太陽電池は、差し迫るエネルギー資源枯渇問題、環境問題の解決につながるデバイスとして有望視されている。高発電効率を持つGaAs太陽電池のさらなる性能向上のために、InAs量子ドットを導入することで、従来利用することのできなかった太陽光の近赤外域成分をInAs量子ドットに吸収させることで発電量を向上させることができると考えられている。今回、InAs量子ドットを含むGaAs太陽電池の作製に成功した。近年、世界の幾つかの研究グループが量子ドットを導入した太陽電池を作製しているが、いずれも量子ドットなしのGaAs太陽電池と比較し、著しい電圧値の減少を見ている。我々は今回初めて電圧値の減少のないInAs/GaAs量子ドット太陽電池を得た。また、InAs量子ドットの導入による近赤外域での大幅な電流値の増大も観測した。これらの結果は、量子ドットを用いた新規超高効率太陽電池の実現への大きな一歩と言える。

Quantum semiconductor applications are expected to last for years due to low threshold operation, temperature stability, and high performance. For example, if a GaAs substrate is formed on a GaAs substrate, the integrated circuit is formed on a Si substrate. In this paper, Ge thin films on Si substrates are successfully grown by GeOI instead of high density and high quality InAs quantum devices on substrates, and the wavelength of light emitted by GeOI is successfully adjusted in the 1.3-wavelength communication band. InAs quantum dots are grown directly on Si substrates and grown on GaAs substrates to the same extent as InAs quantum dots are grown directly on Si substrates. The latest developments in semiconductor quantum technology are expected to lead to new concepts in the development of next-generation optical devices. Solar cells are expected to grow rapidly due to resource depletion and environmental problems. The high transmission efficiency of GaAs solar cells can improve the performance of GaAs solar cells. InAs quantum particles can be introduced into GaAs solar cells. InAs quantum particles can be absorbed into GaAs solar cells. InAs quantum particles can be absorbed into GaAs solar cells. Now, InAs quantum devices are successfully fabricated. In recent years, the world's research has been developing rapidly, and the manufacturing of GaAs solar cells has been greatly improved. We are now beginning to reduce the voltage of InAs/GaAs quantum solar cells. The introduction of InAs quantum particles into the near-infrared region results in a large increase in current values. The results of this research are as follows: 1. The new quantum technology for ultra-high efficiency solar cells

项目成果

Fabrication of InAs/GaAs quantum dot solar cens with enhanced photoresponse and without degradation of open circuit voltage

具有增强光响应且不降低开路电压的 InAs/GaAs 量子点太阳能探测器的制造

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel

Growth of InAs/GaAs quantum dots on germanium-on-insulator substrate by MOCVD for silicon photonics

用于硅光子学的 MOCVD 在绝缘体上锗衬底上生长 InAs/GaAs 量子点

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel

有機金属気相成長法によるGeOI基板上 InAs/Sb:GaAs 量子ドットの成長

金属有机气相外延在 GeOI 衬底上生长 InAs/Sb:GaAs 量子点

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel;Damien Bordel;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel