ひずみ超格子構造による超高速光デバイスの研究

利用应变超晶格结构的超快光学器件研究

• 批准号: 04228211
• 负责人: 末宗 幾夫
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Hiroshima University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04228211/
• 关键词: ひずみ; 超格子; 半導体レーザ; 高速化; 微分利得; 原子層成長

ひずみ超格子においては,半導体の有効質量などの材料パラメータがひずみの程度で変化する。このため、ひずみ超格子を用いた半導体レーザで期待される特性を実現するには,ひずみとバンドパラメータの関係を正確にし肥握する必要がある。そこでまづバンド端有効質量のひずみ依存性について考察し,伝導帯ではKaneの一次摂動論を用いて解析式を求め,実測値と一致することを確認した。価電子帯に関してはバンド混合によって複雑なバンド構造となるため,一般には数種計算に頼らざるを得ない。しかし量子井戸の(001)面内に圧縮応力が加わった場合には,無限バリアを仮定すると解析式が導け,測定結果もバルク半導体よりかなり小さい,計算値と同程度の値になっていることがわかった。このようにして求められた伝導帯のバンド構造,ならびに数値計算した価電子帯バンド構造を用いて,電流密度と光学利得の関係を計算した。レーザの変調帯域の上限は緩和振動周波数がその目安となり,キャリア密度に対する光学利得の微係数で与えられる微分利得の平方根に比例する。特にひずみ量子井戸において微分利得の3〜4倍の改善が見られ,約2倍の高速化が期待できる事を示したが,実験例と比較検討してみると,井戸幅の狭いレーザ構造において,光学利得の測定値が理論計算よりかなり小さくなっていることが解かり,そのためレーザの高速性に重要な微分利得も低下していることが明らかとなった。この主な要因として,狭い量子井戸では量子井戸幅の一原子層の揺らぎに対する遷移エネルギーの変化が大きく,光学利得の低下を引き起こすと孝えられる。したがって,量子閉じ込めが本質的な領域でその特性を引き出すためには,ヘテロ界面の一原子層揺らぎも許さない制御技術の確立が重要であり,一原子層づつ正確に形成していく原子層成長(ALE)技術が欠せない。この原子層成長に関するセルフリミティング機構の検討を行い,超格子作成に必要なALE Windowを制御するために必要な基礎研究を進めた。

在应变超晶格中，诸如半导体的有效质量等材料参数随应变程度而变化。因此，为了使用应变超晶格实现半导体激光器的预期特性，有必要准确掌握应变和带参数之间的关系。因此，我们首先检查了带边缘的有效质量的应变依赖性，并使用了凯恩在传统带中的一阶扰动理论来确定分析方程，并确认它与实际测量值一致。由于价带与复杂的频带结构混合，因此通常必须依靠多个计算。但是，当将压缩应力施加到量子井的（001）平面上时，可以通过假设无限屏障来得出分析方程，并且测量结果也明显小于散装半导体的测量结果，并且与计算值相同的值。因此，确定导带的带结构以及数值计算的价带结构，用于计算当前密度和光学增益之间的关系。激光的调制带的上限是宽松的振荡频率作为指导，并且与相对于载体密度相对于载体密度的差分系数给出的差分增益的平方根成正比。特别是，在应变量子孔中，差异增益提高了3-4倍，这表明预期的速度约为2倍。但是，在与实验示例进行比较时，发现测得的光学增益比具有狭窄井宽的激光结构中的理论计算要小得多，因此发现差异增益对激光速度很重要，也有所下降。这是造成这种情况的主要原因，在狭窄的量子井中，过渡能在一个量子井宽度的原子层中的波动方面发生了变化，从而导致光学增益下降。因此，为了在基本区域获得量子限制的特性，重要的是建立一种控制技术，该技术不允许在异质方面波动，而一个原子层的生长（ALE）技术是必不可少的。我们研究了原子层生长的自限制机制，并进行了控制啤酒窗口所需的基础研究，这对于创建超晶格是必不可少的。

项目成果

K.Fujii: "Atomic Layer Epitaxy of AlAs Using TrimethylamineAlane and Amino As" Apple.Phys.Lett.

K.Fujii：“使用三甲胺铝烷和氨基 As 进行 AlAs 原子层外延”Apple.Phys.Lett。

K.Fugii: "Atomic Layer Epitaxy of GaAs and Role As-Source Materials on Self-Limiting Mechanism" Appl.Phys.Lett.60. 1498-1500 (1992)

K.Fugii：“GaAs 原子层外延和作为源材料的自限机制”Appl.Phys.Lett.60。

K.Fujii: "Desorption Properties of Amine Species During Atomic Layer Epitaxy of GaAs Using Amino-As" Apple.Phys.Lett.61. 2577-2579 (1992)

K.Fujii：“使用氨基砷进行砷化镓原子层外延过程中胺物质的解吸特性”Apple.Phys.Lett.61。

Y.Fujii: "Lasing Properties and Lasing Mechanism in a Multiplae ZnSe/ZnSSe Quantum Well Hetero structune" Jpn.J.Appl.Phys. 31. L692-L695 (1992)

Y.Fujii：“多层 ZnSe/ZnSSe 量子阱异质结构中的激光特性和激光机制”Jpn.J.Appl.Phys。