GaN/A1N量子構造による光通信域・超高速光検出素子の探索的研究

利用GaN/AlN量子结构进行光通信范围和超高速光电探测元件的探索性研究

基本信息

批准号：
17656026
负责人：
岸野克巳
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、GaN/AlN量子構造で発現される1.55μm波長域量子準位間遷移(ISBT)を利用した超高速光検出器の可能性の検証を目標とした。我々は1996年に、世界に先駆けてGaNナノコラムと呼ばれる貫通転位の無い柱状GaN結晶の成長を報告しており、ここでは導電性を有するSi基板上GaNナノコラム中にGaN/AlN多重量子構造を内在したISBT光検出器構造の試作と動作検証を試みた。ナノコラム結晶は貫通転位を含まない高品質結晶であることから、リーク電流が少なく、刃状転位に起因する偏波依存吸収の無い、高性能ISBT検出器の実現が期待される。(1)GaN/AlN量子ディスクナノコラム結晶の成長と評価分子線エピタキシー法を用いて(111)Si基板上にGaNドット、n-GaNナノコラム、GaN/AlN多重量子井戸、n-GaNナノコラムの順に結晶成長を行った。断面SEM観察により、互いに独立した柱状結晶の形成が確認された。X線回折測定からは周期構造に起因するサテライトピークが観測され、良好な周期性を有するGaN/AlN量子構造の形成が確認された。室温フォトルミネッセンス測定ではピエゾ電界による量子閉じ込めシュタルク効果に起因する発光波長の長波長が観測された。これらの結果から、GaN/AlN多重量子ディスクを内在する設計どおりのナノコラム結晶の成長が確認された。(2)GaN/AlN量子ディスクナノコラムISBT受光素子の作製と室温光検出動作GaN(1.1nm)/AlN(5.6nm)多重量子ディスクを有するナノコラムウェハの表面に直径500μmのTi/Al円電極を形成した。Si基板と表面電極間に電圧を印加しながら、表面電極側から波長1.47mm半導体レーザ(出力5〜120mW)を斜め方向から照射して光検出特性を評価したところ、ISBT特有のp偏波に対する光電流の検出が確認された。これは、世界で初めてのGaNナノコラムISBT光検出器の室温動作であり、本研究によってナノコラムISBTという新しい超高速光検出器の可能性が示された。

在这项研究中，我们旨在验证超快光电探测器的可能性，该探测器利用 GaN/AlN 量子结构中表示的 1.55 μm 波长范围内的层间量子跃迁 (ISBT)。 1996年，我们在世界上第一个报道了无螺纹位错的柱状GaN晶体的生长，称为GaN纳米柱。在这里，我们报道了在具有内部GaN/AlN多量子结构的导电Si衬底上生长的GaN纳米柱。我们尝试制造 ISBT 光电探测器结构原型并验证其操作。由于纳米柱晶体是不含螺纹位错的高质量晶体，因此有望实现高性能ISBT探测器，该探测器具有低漏电流和无边缘位错引起的偏振相关吸收。 (1) GaN/AlN量子盘纳米柱晶体的生长和评估采用分子束外延，在(111)Si上依次结晶出GaN点、n-GaN纳米柱、GaN/AlN多量子阱和n-GaN纳米柱。我长大了。截面SEM观察证实了相互独立的柱状晶体的形成。在X射线衍射测量中观察到由于周期性结构而产生的卫星峰，证实了具有良好周期性的GaN/AlN量子结构的形成。在室温光致发光测量中，由于压电场引起的量子限制斯塔克效应，观察到长发射波长。这些结果证实了包含 GaN/AlN 多量子盘的纳米柱晶体的生长符合设计。 (2) GaN/AlN量子盘纳米柱ISBT光电探测器的制作及室温光电探测操作在GaN(1.1 nm)/AlN(5.6 nm)纳米柱晶片表面形成直径为500 μm的Ti/Al圆形电极多个量子盘做到了。在Si基板与表面电极之间施加电压的同时，从倾斜方向照射波长1.47mm的半导体激光（输出功率5～120mW），评价光电检测特性，确认了光电流的检测。这是世界上第一个在室温下运行的 GaN 纳米柱 ISBT 光电探测器，这项研究展示了一种称为纳米柱 ISBT 的新型超快光电探测器的潜力。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Room temperature operation of 1.55mm wavelength-range GaN/AlN quantum well intersubband photodetectors

1.55mm 波长范围 GaN/AlN 量子阱子带间光电探测器的室温操作

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
IEICE Electromics Express 2・22
影响因子：
0
作者：
矢部光範;藤田右馬;山浦司;梅村茂;廣野滋;S.Matsui et al.;H.Uchida et al.
通讯作者：
H.Uchida et al.

All-optical modulation using intersubband transitions at 1.55μm in Gan/AlN multiple quantum well

在 Gan/AlN 多量子阱中使用 1.55μm 子带间跃迁的全光调制

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
physica stat solidi(c) 2・7
影响因子：
0
作者：
矢部光範;藤田右馬;山浦司;梅村茂;廣野滋;S.Matsui et al.
通讯作者：
S.Matsui et al.

Room termperture operation of 1.55μm wavelength-range GaN/AlN quantum well intersubband photodetectors

1.55μm 波长范围 GaN/AlN 量子阱子带间光电探测器的室温操作

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
8th International Conference on Intersubband Transitions in Quantum Wells
影响因子：
0
作者：
矢部光範;藤田右馬;山浦司;梅村茂;廣野滋;S.Matsui et al.;H.Uchida et al.;H.Uchida et al.
通讯作者：
H.Uchida et al.

(111)Si基板上GaN/AlN多重量子ディスクの成長と赤外光検出器構造の作製

(111)Si衬底上GaN/AlN多量子盘的生长及红外光电探测器结构的制作

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
第53回応用物理学関係連合講演会
影响因子：
0
作者：
矢部光範;藤田右馬;山浦司;梅村茂;廣野滋;S.Matsui et al.;H.Uchida et al.;H.Uchida et al.;P.Holmstrom et al.;内田裕行他
通讯作者：
内田裕行他

Electroabsorption modulator based on intersubband transitions in (Al)(Ga)N step quantum wells considering intermixing

考虑混合的(Al)(Ga)N阶梯量子阱中基于子带间跃迁的电吸收调制器

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
8th International Conference on Intersubband Transitions in Quantum Wells
影响因子：
0
作者：
矢部光範;藤田右馬;山浦司;梅村茂;廣野滋;S.Matsui et al.;H.Uchida et al.;H.Uchida et al.;P.Holmstrom et al.
通讯作者：
P.Holmstrom et al.