半導体量子ドットレーザの研究

半导体量子点激光器研究

基本信息

批准号：
02F00657
负责人：
荒川泰彦
金额：
$ 1.09万
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：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

量子ドットを代表とする量子マイクロ構造を埋め込んだ半導体レーザは、閾値電流密度の低減など、今後の光通信分野に革命をもたらすと期待されている。しかし、そのためには、10nm程度の量子ドットを高均一、高密度で作製する必要があり、現在、その確立した技術は存在しない。本研究に於いて、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用い、AlAsの下地の上に、高密度のInAs量子ドットを作製することに世界で初めて成功したので報告する。通常、GaAs(001)上にAlAsを成長すると、表面が荒れ、デバイス作製には向かない。しかし、この表面の荒れこそ、量子ドットが最初に形成されるサイトに最適であることに気が付き、逆にこの表面を利用することによって、4.7×10^<11>cm^<-2>という高密度量子ドットを作製した。量子ドットのサイズは、平均で14nm。また、MOCVD成長時に、原料をGaAsから、AlAsに切り替える際、通常は、成長中断を行なうが、AlAs成長にとって、この中断は、GaAs層とAlAs層の界面に致命的な欠陥を導入する機会となり、光学特性に悪影響を及ぼすことを見出した。そこでAlAs層成長後にInGaAs中間層をもうけることにより、光学特性の改善を図った。その結果、中間層が無い構造に比べ、発光強度は3.8倍改善した。また均一性を示す指標である半値幅は25meVと比較的狭い発光スペクトルを得ることに成功した。発光ピーク波長は1258nmであり、光通信用波長帯である1.3μm帯に非常に近く、今後の量子ドットレーザ実用化に向け、高密度・高均一かつ長波長という必要条件を満たすという点で非常に有望な結果が得られた。

嵌入量子微结构（代表量子点）的半导体激光器有望在将来彻底改变光学通信场，例如降低阈值电流密度。但是，为此，有必要在高度均匀和高密度的情况下制造约10 nm的量子点，目前尚无既定技术。在这项研究中，我们报告说，我们是世界上第一个使用金属有机蒸气沉积（MOCVD）设备在ALAS底物上产生高密度INAS量子点的人。在GAAS上生长的a（001）通常会导致粗糙的表面，并且不适合设备制造。但是，我们意识到，这种表面粗糙度是首先形成量子点的位置的最佳场所，相反，通过利用该表面，我们创建了一个高密度的量子点为4.7×10^<11> cm^<-2>。量子点的平均大小为14nm。此外，在MOCVD生长过程中，通常会执行生长中断时，开发材料从GAAS转换为Alas时，但是对于Alas增长，这种中断是在GAAS和ALAS层之间引入致命缺陷的机会，并且对光学特性产生负面影响。因此，通过在生长Alas层后创建INGAAS中间层来改善光学性能。结果，与没有中间层的结构相比，发光强度提高了3.8倍。此外，我们成功地获得了一个相对狭窄的发射光谱，并在25 MeV处获得了半宽，这是均匀性的指标。发射峰波长为1,258 nm，非常接近1.3μm频带，这是用于光学通信的波长，并且获得了非常有希望的结果，因为它满足了高密度，高均匀性和长波长的要求，用于将来实用量子点激光剂的实用实用。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

S.K.Park, J.Tatebayashi, Y.Arakawa: "Structural and optical properties of high-density (>10^<11>cm^2) InAs QDs with varying Al(Ga)As matrix layer thickness"Physica E. 21. 279-284 (2004)

S.K.Park、J.Tatebayashi、Y.Arakawa：“具有不同 Al(Ga)As 基质层厚度的高密度 (>10^<11>cm^2) InAs QD 的结构和光学特性”Physica E. 21. 279

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

S.K.Park: "A Study on High Density (up to 4.7×10^<11>/cm^2) InAs/AlAs Quantum Dot Structures"第50回応用物理学関係連合講演会. 第3分冊. 1463 (2003)

S.K.Park：“高密度（高达 4.7×10^<11>/cm^2）InAs/AlAs 量子点结构的研究”第 50 期应用物理协会讲座第 3 卷。1463 (2003)。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

S.K.Park, J.Tatebayashi, Y.Arakawa: "ENHANCED PL OF HIGH DENSITY (〜4.7×10^<11>cm^2) InAs QDs BY USING GRADED INTERFACE OF GaAs/AlAs/GaAs"CLEO-Pacific Rim 2003, Taipei, Taiwan (2003.12). 273 (2003)

S.K.Park、J.Tatebayashi、Y.Arakawa：“通过使用 GaAs/AlAs/GaAs 的梯度界面增强高密度 PL (~4.7×10^<11>cm^2) InAs QD”CLEO-Pacific Rim 2003，台北，台湾（2003.12）273（2003）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

S.K.Park, J.Tatebayashi, C.J.Park, H.Y.Cho, Y.Arakawa: "High Density and High Uniformity InAs/AlAs QDs by Using Insertion Layer"The 12th Seoul International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications, Gyeongju, Korea (2004.03). 201 (2004)

S.K.Park, J.Tatebayashi, C.J.Park, H.Y.Cho, Y.Arakawa：“High Density and High Uniformity InAs/AlAs QDs by Use Insertion Layer”第十二届首尔国际半导体物理及应用研讨会，韩国庆州 (2004.03