半導体量子ドットやシリコンをベースにした次世代光デバイスの開発

基于半导体量子点和硅的下一代光学器件的开发

• 批准号: 08F08741
• 负责人: 荒川 泰彦
• 金额: $ 1.02万
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08741/
• 关键词: 化合物半導体; 量子ドット; レーザ; 太陽電池; フォトルミネッセンス; ナノテクノロジー; ヒ化インジウム; ヒ化ガリウム

量子ドットを用いた半導体レーザは、その低閾値動作、温度安定性といった利点から、次世代の通信技術への応用に期待が持たれている。そこでシリコンをベースとした集積回路との融合への布石として、また低コスト化を目的として、従来GaAs基板上に形成されてきたInAs量子ドットをSi基板上に作製することを試みた。今回、Ge薄膜がSi基板上に接着されているというGeOI代替基板上への高密度高品質なInAs量子ドットの直接成長に成功し、その発光波長を通信波長帯の1.3ミクロン帯に調整することに成功した。さらに、作製したInAs量子ドットからの発光強度は、Si基板上に直接成長されたものが従来のGaAs基板上に成長されたものに対し著しく低かったのに対し、同程度であったことから、非常に品質の高い量子ドットが得られていることが分かった。この端緒的な発見は半導体量子ドットやシリコンをベースにした次世代光デバイスの開発に向けて新概念をもたらすと期待される。太陽電池は、差し迫るエネルギー資源枯渇問題、環境問題の解決につながるデバイスとして有望視されている。高発電効率を持つGaAs太陽電池のさらなる性能向上のために、InAs量子ドットを導入することで、従来利用することのできなかった太陽光の近赤外域成分をInAs量子ドットに吸収させることで発電量を向上させることができると考えられている。今回、InAs量子ドットを含むGaAs太陽電池の作製に成功した。近年、世界の幾つかの研究グループが量子ドットを導入した太陽電池を作製しているが、いずれも量子ドットなしのGaAs太陽電池と比較し、著しい電圧値の減少を見ている。我々は今回初めて電圧値の減少のないInAs/GaAs量子ドット太陽電池を得た。また、InAs量子ドットの導入による近赤外域での大幅な電流値の増大も観測した。これらの結果は、量子ドットを用いた新規超高効率太陽電池の実現への大きな一歩と言える。

由于其优势（例如低阈值操作和温度稳定性），预计使用量子点的半导体激光器预计将应用于下一代通信技术。因此，我们试图制造先前在GAAS基板上形成的INAS量子点，在SI底物上，作为与基于硅的集成电路融合的起点，目的是降低成本。这次，我们成功地将高密度的高质量INAS量子点直接扩展到GEOI替代底物上，其中GE薄膜粘附在SI基板上，并成功地将发射波长调整为通信波长的1.3微米带。此外，制备的INAS量子点的发射强度显着低于直接在常规GAAS基板上生长的Si基板上生长的发射强度，并且发现获得非常高质量的量子点。预计这一开创性的发现将为基于半导体量子点和硅的下一代光学设备的开发带来新的概念。太阳能电池被认为是有希望的设备，可以帮助解决即将到来的能源资源耗竭和环境问题。为了进一步提高具有高发电效率的GAAS太阳能电池的性能，可以认为，通过引入INAS量子点，可以通过吸收以前尚未可用的太阳能光线的近红外成分来提高产生的电力量，而以前尚未获得INAS量子点。这次，我们成功地制造了一个含有INAS量子点的GAAS太阳能电池。近年来，与没有量子点的GAAS太阳能电池相比，世界各地的几个研究小组都制造了合并量子点的太阳能电池。我们首次获得了INAS/GAAS量子点太阳能电池，而没有电压降低。由于引入INAS量子点，我们还观察到近红外区域的电流值显着增加。可以说这些结果是使用量子点实现新的超高效率太阳能电池的主要步骤。

项目成果

Fabrication of InAs/GaAs quantum dot solar cens with enhanced photoresponse and without degradation of open circuit voltage

具有增强光响应且不降低开路电压的 InAs/GaAs 量子点太阳能探测器的制造

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel

Growth of InAs/GaAs quantum dots on germanium-on-insulator substrate by MOCVD for silicon photonics

用于硅光子学的 MOCVD 在绝缘体上锗衬底上生长 InAs/GaAs 量子点

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel

有機金属気相成長法によるGeOI基板上 InAs/Sb:GaAs 量子ドットの成長

金属有机气相外延在 GeOI 衬底上生长 InAs/Sb:GaAs 量子点

• 发表时间: 2009
• 作者: Johan Kero;C. Szasz;A. Pellinen-Wannberg;G. Wannberg;A. Westman;Damien Bordel;Damien Bordel;Damien Bordel
• 通讯作者: Damien Bordel