量子細線構造半導体光増幅器に関する基礎研究

量子线结构半导体光放大器基础研究

基本信息

批准号：
04228205
负责人：
浅田雅洋
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、低次元量子井戸構造の特徴である高利得特性および、歪量子井戸構造における効率の良い反転分布形成に着目し、低次元量子井戸構造及び歪の導入による半導体光増幅器の低雑音化を目的としている。本年度は、低次元量子井戸構造及び歪の導入によって低雑音特性がどこまで向上できるかを理論的に明らかにすると同時に、新作製法を用いて極微細の量子細線を作製し、その発光特性、偏波特性を明らかにした。まず、密度行列理論を基に低次元量子井戸構造半導体光増幅器の雑音特性の理論解析を行った。解析結果から、量子化次元を減少するにつれて反転分布パラメタは減少し、雑音指数は、量子箱構造で理論最低値(3dB)に近い3.3dBが得られることが示された。また、量子化次元を減少するにつれて、利得波長帯域特性が急唆になり、自然放出雑音の等価帯域幅が小さくなる。これによってフィルターを入れたのと同様の効果が得られ、自然放出光間ビート雑音が大幅に低減できることが示された。特に量子箱構造においては、光フィルターなしで低雑音光増幅器として動しできる可能性があることが明かとなった。また、歪量子井戸を活性層に導入した半導体光増幅器の雑音特性の理論解析から、量子井戸構造においても歪を導入することによって量子細線程度の低雑音特性が得られることが明らかとなった。つぎに、われわれの提案している低次元量子井戸作製法を用いて、GaInAs/InP量子細線の試作を行い、その室温PL発光特性を調べた。その結果、サイズ効果に伴うPLピーク波長のブルーシフト及び、量子薄膜とは異なる量子細線固有の偏波異方性を確認した。以上より、この新作製法によって、半導体光増幅器の活性媒質としては十分な密度の量子細線が作製可能であり、また、室温で量子細線効果が現れるような極微細な量子細線が作製可能であることが示された。

本研究重点关注低维量子阱结构的高增益特性以及应变量子阱结构中粒子数反转的有效形成，旨在通过引入低维量子阱结构和应变来降低半导体光放大器中的噪声。目的是今年，我们将从理论上阐明通过引入低维量子阱结构和畸变可以在多大程度上改善低噪声特性，同时我们将采用新的制造方法制造超细量子线并研究其发光特性和极化特性得到澄清。首先，我们基于密度矩阵理论对低维量子阱结构半导体光放大器的噪声特性进行了理论分析。分析结果表明，粒子数反转参数随着量化维数的减小而减小，得到的噪声系数为3.3 dB，接近量子盒结构的理论最小值（3 dB）。此外，随着量化维数减小，增益波长带特性变得更陡，并且自发辐射噪声的等效带宽变得更小。这产生了与使用滤波器相同的效果，并且表明可以显着降低自发发射光之间的拍频噪声。特别是，已经清楚的是，量子盒结构具有在没有光学滤波器的情况下用作低噪声光学放大器的潜力。此外，对在有源层中引入了应变量子阱的半导体光放大器的噪声特性的理论分析表明，通过将应变引入到量子阱结构中可以获得与量子线相当的低噪声特性。接下来，我们使用我们提出的低维量子阱制造方法制造了原型 GaInAs/InP 量子线，并研究了其室温 PL 发射特性。结果，我们确认了由于尺寸效应和量子线特有的与量子薄膜不同的偏振各向异性而引起的PL峰值波长的蓝移。综上所述，这种新的制造方法使得能够生产出足够密度的量子线以用作半导体光放大器的活性介质，并且还能够生产出在室温下表现出量子线效应的超细量子线。