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（通常是量子点）的半导体激光器有望在未来带来光通信领域的革命，例如通过降低阈值电流密度。然而，要做到这一点，需要制造高均匀性和高密度的10 nm左右的量子点，而目前还没有成熟的技术。在这项研究中，我们报告了世界上首次使用金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 系统在 AlAs 基底上成功生产高密度 InAs 量子点。通常，当在 GaAs(001) 上生长 AlAs 时，表面会变得粗糙，使其不适合器件制造。然而，他们意识到这个粗糙的表面是最初形成量子点的完美场所，并且通过利用这个表面，他们能够实现 4.7×10^<11>cm^<-2> 的高度。高密度量子点。量子点的平均尺寸为14纳米。此外，当在 MOCVD 生长期间将原材料从 GaAs 切换为 AlAs 时，生长通常会中断，但对于 AlAs 生长，这种中断提供了在 GaAs 和 AlAs 层之间的界面处引入致命缺陷的机会。对光学性能产生负面影响。因此，我们尝试通过在生长AlAs层后形成InGaAs中间层来改善光学性能。结果，与没有中间层的结构相比，发射强度提高了3.8倍。我们还成功获得了相对较窄的发射光谱，半宽度为 25 meV，这是均匀性的指标。发射峰值波长为1258 nm，非常接近光通信用的1.3 μm波段，极其适合满足未来量子点激光器商业化的高密度、高均匀性、长波长的要求，效果可期。获得。