非線形光学量子ドットの位置制御・高密度作製による超微細、超高速光・光デバイス開発

通过非线性光学量子点的位置控制和高密度制造开发超细和超高速光学/光学器件

• 批准号: 18760035
• 负责人: 尾崎 信彦
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760035/
• 关键词: 量子ドット; フォトニック結晶; 選択成長; MBE; 光非線形効果; 全光素子; 光・光デバイス

フォトニック結晶(PC)導波路中に量子ドット(QD)を光学非線形媒体として埋め込んだ、超微細、超高速の全光デバイス(全光フリップフロップ素子)の作製を目指し、QDの選択領域成長技術の開発を行った。平成19年度では・まず我々が平成18年度に達成したInAs-QDの選択領域成長技術(メタルマスク法)をさらに発展させ、異なる吸収波長を持ったQDを近接する選択領域にモノリシックに作製する技術を開発した。具体的には、回転非対称のウィンドウパターンを有するメタルマスクを用いて、近接する複数の選択領域にのみQDを作製し、さらにQD上に歪緩和層(InGaAs)を挿入し、その膜厚を変えることにより、QDの発光波長を精度良く制御することに成功した。これにより、全光フリップフロップ素子に要求される、離調度20nmの異なる吸収波長を持ったInAs-QDを近接する選択領域にモノリシックに成長させることに成功した。また、作製したQD埋め込み基板に、電子線リソグラフィーとドライエッチングによりフォトニック結晶導波路を形成し、我々が提案する全光フリップフロップ素子を実際に作製することに成功した。一方、AFMプローブを用いたQDの位置制御成長技術(ナノジェットプローブ法)についても、H19年度では、QD作製のスループットの向上と積層化、さらにQDからの発光の観察に成功し、技術の向上を達成した。この技術は、我々が提案する超微細光素子作製への応用のみならず、QD単体の高精度な位置制御が求められる量子情報デバイスなどへの応用が期待され、今後さらに発展が見込める。以上の成果から、本研究の目的である「QDの成長位置制御および高密度形成技術の確立」および「PC導波路内に最密配置、積層された超高密度QDを配した超小型全光素子の開発」は、当初の計画通り達成されたと言える。

我们的目标是创造超精细、超高速的全光器件（全光触发器器件），其中量子点（QD）作为光学非线性介质嵌入光子晶体（PC）波导中，并且我们正在开发了量子点选择性区域生长技术。 2007财年，我们将进一步开发2006财年实现的InAs-QD选择区域生长技术（金属掩模法），并开发在相邻选择区域单片制造具有不同吸收波长的QD的技术。具体来说，使用具有旋转不对称窗口图案的金属掩模仅在多个选定的邻近区域中制造量子点，然后在量子点的顶部插入应变松弛层（InGaAs）以改变薄膜厚度。 ，我们成功地高精度控制了量子点的发射波长。结果，我们成功地在相邻选定区域单片生长了具有不同吸收波长、失谐度为 20 nm 的 InAs-QD，这是全光触发器器件所需的。此外，我们通过电子束光刻和干法刻蚀在制造的QD嵌入基板上形成光子晶体波导，并成功地实际制造了我们提出的全光触发器器件。另一方面，2019财年，我们通过提高QD生产和堆叠的吞吐量，改进了使用AFM探针的QD位置控制生长技术（纳米喷射探针方法），并成功观察了所实现的QD的发光。这项技术不仅有望应用于我们提出的超精细光学器件的制造，而且还可以应用于需要对单个量子点进行高精度位置控制的量子信息器件，并且预计未来会进一步发展。基于上述成果，本研究的目的是“建立QD生长位置控制和高密度形成技术”和“密排堆叠超高密度QD的超紧凑全光技术”可以说，“器件开发”按原计划实现了。

项目成果

Measurements of Optical Non-linearity Induced Phase Shifts of a Signal Pulse with Repetitive Control Pulses in Photonic Crystal/Quantum Dot Waveguide

光子晶体/量子点波导中具有重复控制脉冲的光学非线性引起的信号脉冲相移的测量

• 发表时间: 2007
• 作者: Yoshinori;Kitagawa;Nobuhiko;Ozaki;Yoshiaki;Takata;Naoki;Ikeda;Yoshinori;Watanabe;Akio;Mizutani;Yoshimasa;Sugimoto and Kiyoshi;Asakawa
• 通讯作者: Asakawa

ナノジェットプローブ法により形成したInAs位置制御積層量子ドットからのPL発光

通过纳米喷射探针方法形成的 InAs 位置控制堆叠量子点的 PL 发射

• 发表时间: 2007
• 作者: Shunsuke;Ohkouchi;Nobuhiko;Ozaki;Yoshiaki;Takata;Yoshinori;Kitagawa;Yusui;Nakamura;Naoki;Ikeda;Yoshimasa;Sugimoto and Kiyoshi;Asakawa;尾崎信彦・北川嘉則・高田賀章・池田直樹・渡辺慶規・水谷彰夫・大河内俊介・杉本喜正・浅川潔;北川嘉則・尾崎信彦・高田賀章・池田直樹・渡辺慶規・水谷彰夫・杉本喜正・浅川潔;大河内俊介・杉本喜正・石川浩・浅川潔
• 通讯作者: 大河内俊介・杉本喜正・石川浩・浅川潔

Precise control of dry etching for nanometer scale air-hole arrays in two-dimensional GaAs/AlGaAs photonic crystal slabs

二维GaAs/AlGaAs光子晶体板中纳米级气孔阵列干法刻蚀的精确控制

• 发表时间: 2007
• 期刊: OpticsCommunications 275
• 作者: N. Ikeda;Y.sugimoto;Y. Watanabe;N. Ozaki;Y. Takata;Y. TAnaka;K. moue;and K. Asakawa
• 通讯作者: and K. Asakawa

特許「微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法」

专利：“精细结构器件制造装置及微结构器件制造方法”

• 发表时间: 2008

Repetitive phase shifts of signal pulses induced by optical non-linearity in a photonic crystal waveguide with quantum dots

量子点光子晶体波导中光学非线性引起的信号脉冲的重复相移

• 发表时间: 2008
• 作者: Nobuhiko;Ozaki;Yoshinori;Kitagawa;Yoshiaki;Takata;Naoki;Ikeda;Shunsuke;Ohkouchi;Yoshinori;Watanabe;Akio;Mizutani;Yoshimasa;Sugimoto and Kiyoshi;Asakawa
• 通讯作者: Asakawa