2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on polarization stabilization of long wavelength GaAsBi surface emitting laser utilizing anisotropic gain
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19K04514
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
下村 哲 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (30201560)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ガリウムひ素ビスマス / 長波長帯面発光レーザ / 偏光安定化 / 量子井戸 / 光変調反射分光スペクトル / 基板温度制御 / サーモグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】350℃域の精密な基板温度の測定および基板面内温度分布の測定が面発光レーザの活性層として成長するGaAsBiのBi組成の増加および制御に不可欠であり、この温度域を精度よく測定する装置と測定方法について見直した結果、被測定物から放射される7.5~14μm帯の赤外線を検出して温度表示するサーモグラフィを利用と成長装置側と測定方法を抜本的に変えることにより可能になることを実証した。サーモグラフィは本予算で購入した。この波長域ではGaAs基板が透明なため、GaAs基板裏面に蒸着したアルミ薄膜の温度でGaAs基板温度が測定できることを示した。不透明になるガラスビューポートに代えて本波長域で透明な窓材料２種類を試しどちらでも精密な温度測定ができることを見出した。真空大気の圧力差に対して機械的強度の強い材料を選択した。本方法は面発光レーザの多層膜ミラーの成長中でも高い基板温度測定できる。
【②偏光が生じる機構の解明】分光器を１スキャンするだけでホトリフレクタンスとホトルミネッセンスを測定する装置を構築した。電子構造の解明するための重要な測定装置である。我々が(100) GaAs基板上に成長するGaAsBi/GaAs量子井戸は高品質でホトルミネッセンス強度が非常に大きい。そのためホトリフレクタンスシグナルにホトルミネッセンスシグナルが載り、分離ができないとがわかった。この問題を、12（2×6）Hzのレーザ励起光と18（3×6）Hzの赤外プローブ光（反射率測定用）を使い、和周波の30Hzのホトリフレクタンスシグナルに分離して測定することに成功した。
【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】基板側に面発光レーザ光を取り出すため、基板裏面電極に面発光レーザアレイの配置と整合した窓を設けるためのプロセスを確率した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】当初の予想を超えた進展があった。これまで、超高真空の結晶成長では従来法による温度測定法以外に３５０℃域の温度を測定する良い方法がなかった。今回。これまでよりもはるかに精度の高い温度測定法に必要な装置を実装できる。再現性の高いBi組成濃度の増加法と高い結晶品質の両立が達成できそうである。その意味で、当初の計画より十分に高い成果を上げつつある。
【②偏光が生じる機構の解明】ホトリフレクタンスの偏光依存性を測定するための装置を構築できた。装置が完成しホトルミネッセンス光が重畳しても測定することが出来る測定装置の開発に成功した。ホトルミネッセンススペクトルとホトリフレクタンススペクトル同時にすれば電子構造についての解明が一段と進む。
【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】プロセスの要素技術の確認段階であるが、最も重要な基板裏面の窓開け技術を確立し、遅れをとりもどしつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】結晶装置への7.5~14 μm帯の赤外光を通す安全性の高い超高真空窓の実装が必要である。窓の破損対策を行い、実装する。誰でも安心して使える装備品とすることで、この分野に大きく貢献したい。
【②偏光が生じる機構の解明】偏光ホトリフレクタンスおよび偏光ホトルミネッセンスの自動測定装置を構築し系統的なデータを得、偏光が生じるメカニズムを解明する。
【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】面発光レーザ構造のある表面側のマスクとレーザーの取り出し窓のある裏面側のマスク形成プロセスを確立し、面発光レーザを試作する。
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| Causes of Carryover |
年度末に購入したホトリフレクタンス測定に用いるロックインアンプを購入したが、故障していたため購入できずに、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、結晶装置冷却用のチラーに充てる予定である。
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