量子ドットを利用した超高速偏波制御光デバイス技術の研究

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本研究課題は、次世代の光通信網における中核的デバイスとして期待される半導体光増幅器(SOA)において課題である光増幅利得の偏波依存性を解決する、新たな量子ドット(QD)-SOAデバイスの創製を目的して行った。SOAは次世代光通信網で光信号増幅やスイッチングなどの役割を担う基幹デバイスとして期待されている。一方で、光学利得の偏波依存性、すなわちチップ面内に平行な光電場(TE偏波)成分と垂直な光電場(TM偏波)成分に対する光利得が異なること、が普及に向けた障壁となっている。この問題を解決するため、積層した自己形成InAs QD間の電子波動関数の結合に着目した。平成21年度には、分子線エピタキシャル(MBE)結晶成長装置を用いて精密に制御したQD積層構造を作製し、電流注入発光で偏波異方性1.2dBを実現し、目標の1dBに迫る特性を得た。一方、転位の発生に伴う発光効率の低下が解決すべき課題として見出された。そこで、平成22年度はこれを解決するため、光学利得を得ることのできる高い結晶品質と偏波無依存化を可能とする積層QD構造を両立することを目指した研究を遂行した。MBE成長時の諸条件を見直し、電流注入発光において2桁程度の発光強度の増大を実現した。また、QD積層成長条件を精密に制御することで、変更した作製条件下においても偏波異方性を解消できる条件を確立した。一方でQDへのSiドープが光学利得増大のために有効なアプローチとなることを見出した。一連の結果は、電流注入下で動作させるSOAにおいて偏波無依存利得を十分に期待できる成果であり、本手法によるSOAの偏波制御の有効性を実証できたものと考える。