半導体量子ドットを用いたフォトリフラクティブ素子の研究

利用半导体量子点的光折变器件研究

基本信息

批准号：
03J11100
负责人：
野村政宏
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は窒化物半導体量子井戸および量子ドット構造におけるフォトリフラクティブ(PR)効果を発現し、特性評価を行うことを目的とした。PR効果の発現の第一段階として材料中に大きな呼吸変化を光誘起する必要がある。我々は、窒化物半導体へテロ構造(InGaN/GaN)中に存在する1MV/cm程度の非常に強いピエゾ電場をフォトキャリアによって遮蔽し、電解強度を変化させることで吸収端近傍に現れる大きな吸収変化を連続光源を制御光として用いて観測した。内部電界が強いため、以前は高エネルギーパルスによってのみ光誘起吸収効果が観測可能であると考えられていたが、本研究によって低強度の連続光源を用いても遜色ない大きな光誘起吸収変化を得られることを実証したことは、応用を考えた場合に大きな意味がある。今年度は、青色波長域で動作する二次元全光デバイスとしてのInGaN/GaN素子のポテンシャルを評価した。有機金属気相堆積法によって作製したInGaN/GaN(60nm/60nm)10周期構造を用いて測定を行った。その結果、波長398nmにおいて30%を超える大きな透過光強度変調度を得ることができた。遮断周波数は30kHzでありフレームレートとしては高い値を示した。しかし、空間分解能は〜100μmと乏かったため改善するためにヘリウムイオン照射を行った。その結果、変調度は約5%低下したが遮断周波数は130kHzに4倍向上し空間分解能も4倍以上改善されたため、素子の高機能化に成功したといえる。しかし、10μm程度の分解能が要求される二次元光デバイスやPR素子の実現には空間分解能をさらに改善する必要がある。上記のようにデバイスとしての基本動作特性を評価し、InGaN/GaN素子が二次元全光デバイスとして変調度、変調速度に関しては高いポテンシャルがあることを示し、空間分解能に改善の必要性があることを明らかにした。

本研究的目的是表达和评估氮化物半导体量子阱和量子点结构中的光折变（PR）效应。作为PR效应显现的第一步，需要光诱导材料发生较大的呼吸变化。我们使用光载流子屏蔽氮化物半导体异质结构（InGaN/GaN）中存在的约1MV/cm的极强压电场，并通过改变电解强度，研究了吸收边缘附近出现的大吸收变化。使用连续光源作为控制光进行观察。由于内部电场很强，以前人们认为光致吸收效应只能使用高能脉冲才能观察到，但在这项研究中，我们获得了与使用低能脉冲的光致吸收变化相当的光致吸收变化。 -强度连续光源，我们已经证明可以做到这一点，这在考虑应用时具有重要意义。今年，我们评估了 InGaN/GaN 器件作为在蓝色波长区域工作的二维全光器件的潜力。使用通过金属有机气相沉积制造的 InGaN/GaN (60nm/60nm) 的 10 周期结构进行测量。结果，我们能够在 398 nm 波长下获得超过 30% 的大透射光强度调制。截止频率为30kHz，帧率呈现较高值。然而，空间分辨率较差，约为 100 μm，因此我们进行氦离子照射来改善它。结果，虽然调制深度减少了约5%，但截止频率提高了四倍，达到130kHz，空间分辨率也提高了四倍以上，可以说我们成功地增加了设备的功能。然而，为了实现需要10μm左右分辨率的二维光学器件和PR元件，需要进一步提高空间分辨率。如上所述，我们评估了作为器件的基本工作特性，结果表明InGaN/GaN器件在调制深度和调制速度方面作为二维全光器件具有很高的潜力，并且在调制深度和调制速度方面还需要改进。空间分辨率显露出来。