NICT、高密度半導体量子ドット形成技術で300層の量子ドットの積層に成功

情報通信研究機構(NICT)は、半導体量子ドット構造の形成技術において、通常作成される自己組織化量子ドットの100倍以上の密度を実現した300層の量子ドットを積層することに成功したことを明らかにした。また、同量子ドットの性能を利用した半導体レーザを試作、80℃までの温度環境で通信波長帯域のレーザ発振に成功したことも明らかにした。

従来の半導体レーザや光増幅器は、量子井戸構造を用いているが、量子井戸では半導体レーザは温度が上昇すると性能が劣化するため、温度調整装置に電力を必要とし、小型化が難しいという課題があった。

量子ドット構造による半導体レーザは、温度に影響されないため、小型化が容易で高性能なデバイスの製造を実現することが可能となる。しかし、量子ドット構造の特性を十分活かしたデバイス実現のためには、用途に応じて十分な密度の量子ドットを形成する技術が必要となっていた。

これまでの自己組織化機構による形成技術は高品質な半導体量子ドットが形成できるというメリットがある一方、結晶中に歪みが残留し、高密度化に限界があることが課題となっていた。そこで、NICTは、独自の歪補償技術を開発、半導体量子ドットを多重に積層する構造を考案した。

今回、同技術を高精度化、従来記録の2倍の層数である300層の半導体量子ドットを積層することに成功した。この密度は通常作製される自己組織化量子ドットの100倍以上となるほか、この技術を用いて試作された半導体量子ドットレーザは、通信波長帯である1.55μm帯でのレーザ発振に成功。温度に対する発振しきい値電流の無依存性を示す特性温度が、従来の1.55μm帯半導体レーザでも最高クラスの値を示し、高温での動作を実証した。

NICTでは、今回開発された技術について、光と相互作用する量子ドットの数が飛躍的に増加するため半導体量子ドットレーザのみならず、量子ドットの高密度性を利用したさまざまな光通信用デバイスへの応用研究を推進するほか、光通信以外の超高効率太陽電池、量子情報通信用デバイスなどへの応用に向けた共同研究などを行っていくとしている。

なお、同技術の詳細は2010年5月31日から香川県にて開催される国際会議「The 37th International Symposium on Compound Semiconductors(ISS2010)」にて発表される予定である。