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高密度高均一量子ドット、産総研が世界で初めて開発
【ナノテク】発信：2005/11/17(木) 00:18:14
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〜半導体レーザ作製にも成功〜
産業技術総合研究所光技術研究部門光電子制御グループの天野建研究員らは、高密度かつ高均一な量子ドットの製造に世界で初めて成功した。さらに、開発した量子ドットを用いて通信用の波長帯である１.３μｍで発振する半導体レーザを実現し、今までにない大きな光増幅を確認した。
量子ドットは、直径が数10ｎｍ程度の人工的な微小粒構造で、一般的には半導体材料の微小粒を指す。この微小粒の大きさなどを人工制御することにより、材料の新機能発現と設計を行えるため、ナノテクの一つとして注目されている。
また、大きな量子効率をもつこの量子ドットを用いた半導体レーザは、新しい光源として非常に期待されている。しかし、従来の量子ドットレーザは、量子ドット密度が小さいため十分な光増幅が得られず、高反射膜ミラー構造や長共振器構造などの特殊な構造を用いなければならなかった。この問題が、これまで量子ドットレーザの実用化を困難なものとしてきた。
今回は、産総研が独自開発したＡｓ２分子線と、量子ドットの歪みを緩和して発光波長を長波長化させる組成傾斜歪み緩和層を用いることで、高密度かつ高均一な量子ドットの製造を世界で初めて可能にした。
通常の固体ヒ素からはＡｓ４分子が得られるが、これを高温で熱分解することでＡｓ２分子線が得られる。従来の量子ドット製造では、Ａｓ材料にＡｓ４分子線を用いているが、通常のＡｓ４分子線を用いると量子ドットは不均一となり、また結晶欠陥の原因となる巨大なドットが発生してしまう。そこで今回の研究では、これを改善するためＡｓ２分子線を用いた。
そして、開発した量子ドットを５つ積層した活性層をもつ半導体レーザを試作し、高反射膜ミラーや長共振器などの特殊構造を使わずにレーザ発振に成功した。このレーザは１.３μｍ帯の通信用波長で発振するもので、高均一化により細い発光スペクトルを実現している。
今回の成果は、量子ドットレーザの高速動作を実現する上で大変な重要技術。実現した量子ドットを用いれば４０ＧＨｚ超の高速直接変調動作が理論的に可能であるため、今後、産総研ではその実証を進める。
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