2001 Fiscal Year Annual Research Report
歪補償低次元量子構造を用いる高性能レーザと新機能光デバイスの研究
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13305021
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
荒井 滋久 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
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| Keywords | 半導体レーザ / 低次元量子構造 / 歪量子細線レーザ / 分布帰還レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィー / 極微構造形成法 / ドライエッチング |
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| Research Abstract |
本研究では、歪補償低次元量子構造の微細化・高品質化および高密度化を推進して、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザ、および機能光デバイスのための新しい極微構造を実現することを目的としている。
本年度は、主に高品質極微構造形成法を開拓することに主眼を置き、歪補償量子細線レーザの動作特性から量子閉じ込め効果の検証、および量子細線幅の不均一性の評価を行うことを目的として行い、以下に挙げる成果を得た。
1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法によって、周期80mm、幅23mm5層歪量子細線を活性層とする多層歪量子細線レーザを世界で初めて実現した。
2)上記レーザの動作特性の温度依存性、およびしきい値以下での自然放出光強度を同構造の量子井戸レーザと比較することにより、この多層歪量子細線レーザの光吸収損失特性は低温域から85℃まで、量子井戸レーザのそれと同等であること、極微加工界面における非発光再結合速度とキャリア寿命の積は3mm以下であることを明らかにした。
3)極微構造形成プロセスであるドライエッチングにおいて、深さ方向のエッチングが進むに従い細線幅が変化する要因を検討し、これを解決する一方法を考案した。その結果、幅27mmおよび18mm多層歪量子細線構造において、細線幅の揺らぎ(標準偏差)が±10%以下の高い均一性が得られることを実証した。
4)本研究で開拓した極微構造形成法を用いて、2層歪補償量子井戸細線状活性層が周期状に配置された分布帰還(DFB)レーザ、分布反射型(DR)レーザ、および130nm程度の薄膜半導体DFBレーザを試作し、良好な基本動作特性および実用水準の信頼性が得られることを実証した。
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[Publications] N.Nunoya: "High-performance 1.55 μm wavelength GaInAsP/InP distributed feedbach lasers with wirelike active regions"IEEE j. Select. Topics Quantum Electron. 7・2. 249-258 (2001)
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[Publications] M.M.Raj: "High-reflectivity semiconductor/benzosyclobutene Bragg reflector mirrors for GaInAsP/InP lasers"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・4A. 2269-2277 (2001)
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[Publications] J. Wiedmann: "Deeply etched semiconductor/benzocyclobutene distributed Bragg reflector laser combined with multiple cavities for 1.5 μm wavelength single-mode operation"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・6A. 4031-4037 (2001)
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[Publications] J. Wiedmann: "1.5 μm-wavelength distributed reflector lasers with vertical grating"Electron. Lett.. 37・13. 831-832 (2001)
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[Publications] J. Wiedmann: "GaInAsP/InP distributed reflector lasers consisting of deeply etched vertical graitings"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・12A. 6845-6851 (2001)
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[Publications] H.Yagi: "GaInAsP/InP strain-compensated quantum-wire lasers fabricated by CH_4/H_2 dry etching and organometallic vapor-phase-epitaxial regrowth"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・2B(掲載予定). (2002)
