日本結晶成長学会誌

量子ドットを活性層に用いた半導体光増幅器(SOA)は,量子ドットのサイズ分布によって広帯域で利得を持たせることが可能なため,低密度波長多重通信(CWDM)において広い波長範囲を一括増幅できる素子として期待されている.本稿では,波長1.3〜1.6μmの広帯域量子ドットSOAの実現に向けた,MOVPE法によるInP基板上自己形成InAs量子ドットの結晶成長技術開発について,発光波長1.6μmの量子ドット形成とSOA試作,および偏波無依存量子ドットの形成に関する検討について紹介する.

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近年,シングル接合太陽電池のエネルギー変換効率を上回る次世代太陽電池の研究開発が進んでいる.本稿では,半導体量子ドットや超格子を導入して60%以上の超高効率化を目指す,従来にない新しい太陽電池について現状と課題を解説する.高効率太陽電池の実現に向けては,高密度で三次元的に全体配列した量子ドット超格子の作製が必須である.私どもでは,サイズ均一性,配列性ともに優れ,かつ高密度に自己組織化成長するという特徴を有する高指数面基板上のInAs系自己組織化量子ドット群に着目し,歪み補償成長法による三次元量子ドット超格子の作製技術,及び量子ドット太陽電池の基礎評価に関して研究を進めている.

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蛍光性半導体量子ドットの物理的,化学的特性を説明し,特にII-VI族の半導体量子ドットを取り上げて,溶液を用いた作製法を紹介する.さらにオストワルド成長に基づく形成メカニズムについても定量的に解説し,このメカニズムが発光効率と関わりがあることを示す.次に溶液中で作製された量子ドットをゾルーゲル法を用いてガラス中に安定に保持することで,新しいタイプの蛍光体が作製できることを紹介する.この際,バルク体,粉体,薄膜のそれぞれについて,量子ドットの化学的特性に合わせた作製法が考案されている.これらの蛍光体は,照明,ディスプレイ,さらにはバイオマーカーへの応用が期待される.

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ブロードな発光スペクトルを持つ広帯域光源は,ファイバージャイロスコープや光干渉断層撮影装置(Optical Coherence Tomography: OCT)などの低コヒーレント光源として用いられている.特に,OCTにおいては光源のスペクトルの半値幅が大きいほど,分解能が向上するという特徴を持つ.我々は,量子ドットからの発光がサイズや組成に依存することに着目し,サイズや組成に分布を持つ分散量子ドットからの広帯域発光の実現を目的とした.成長法には,液滴ヘテロエピタキシー法を用いた.この手法は,歪みを必要としないため材料選択の幅が広く,さらに,サイズ制御も比較的容易であるという特徴を持つ.これまでに,InP基板上に形成したInAs分散量子ドットにより1.6μmを中心波長とする半値幅400nmの超広帯域発光を得ることに成功した.また,材料を変えてGaAs基板をベースとしたGaInP上にInPドットとInAsPドットを形成した.その結果,それぞれ中心波長760nm,845nmで半値幅55nm,100nmの広帯域発光を得ることにも成功した.特に,InAsPドットから得られた発光は,既存のOCT装置の分解能を数倍向上させる光源として期待できる.

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