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

基本信息

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

项目摘要

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。

使用量子点的半导体激光器因其低阈值工作和温度稳定性等优点而有望应用于下一代通信技术。因此，作为与硅基集成电路融合的一步，并且为了降低成本，我们尝试在硅衬底上制造传统上在GaAs衬底上形成的InAs量子点。这次，我们成功地在GeOI替代基板上直接生长高密度、高质量的InAs量子点，其中Ge薄膜与Si基板粘合，并将发射波长调整到1.3微米通信波长带。成功了。此外，直接在Si基板上生长的InAs量子点的发射强度明显低于在传统GaAs基板上生长的InAs量子点，但发现获得了极高品质的量子点。这一初步发现有望为基于半导体量子点和硅的下一代光学器件的开发带来新概念。太阳能电池被视为有前途的设备，可以帮助解决紧迫的能源枯竭问题和环境问题。为了进一步提高高发电效率的GaAs太阳能电池的性能，我们引入了InAs量子点，通过吸收过去无法利用的太阳光近红外成分来发电，相信可以减少发电量。改善了。这次，我们成功制造了含有InAs量子点的GaAs太阳能电池。近年来，世界各地的多个研究小组已经研制出了包含量子点的太阳能电池，但与没有量子点的砷化镓太阳能电池相比，它们的电压值均显着下降。我们首次获得了不降低电压的InAs/GaAs量子点太阳能电池。我们还观察到由于 InAs 量子点的引入，近红外区域的电流值显着增加。这些结果可以说是朝着利用量子点实现新型超高效率太阳能电池迈出的重要一步。