2022 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 – 2024-03-31
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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 |
２０２２年度 研究実績の概要
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】裏面にAlを全面蒸着した2-インチGaAs基板の基板温度の測定を波長7.5-14 μmの赤外線を検出するサーモグラフィで熱画像を撮影して行った。裏面のヒーターの形状が全く観測されないことから, 厚さ0.5 μmのAl薄膜でヒーターの赤外線を遮断できることを確認した。融点156℃の金属を使って 放射率 e = 0.76、融点227℃の金属を使って放射率 e = 0.68、由展327℃の金属を使って放射率 e = 0.65を得た。GaAs基板の20 mm のスパンで基板温度が340℃から345℃の間に収まること、基板の端から5mmでは温度が320℃に下がることがわかった。一方、面内分布を分子線エピタキシー装置で観測する場合、像を望遠レンズで２倍に拡大すれば詳細な測定が可能になる。赤外線用望遠レンズを構成する焦点距離50 mm、直径40 mmの凸レンズの作製を完了した。
【②偏光が生じる機構の解明】ホトリフレクタンスとホトルミネッセンススペクトルを分光器１スキャンで両方同時に測定する装置の構築において、メカニカルなチョッパーを廃し、液晶シャッタによるタングステンランプ光のon/off 2f制御、レーザの冷気電流の外部制御による on/off 3f制御、 ホトリフレクタンススペクトルを5fシグナルで測定する電子制御を実現した。
【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】面発光レーザの集光用の球面型マイクロレンズアレイの作製を引き続き行い、曲率半径108μmのレンズの作製に成功した。2021年度は曲率半径 526μmのレンズで、厚さ350μm 2インチのGaAs基板で作る面発光レーザには、まだ曲率半径が大き過ぎであった。今回この問題が解決可能であることが実証された。
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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
理由
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】2020年度、サーモグラフィの採用３５０℃域の基板温度測定法として採用し新たな進展をみた。2021年
度、基板ヒータの迷光の影響を見出した。2022年度、2-inch GaAs基板を用いて温度較正の実施、20 mm の領域で基板温度が340-345℃の範囲に入ることを実証した。分子線エピタキシー装置への実装が視野に入ってきった。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。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】2020年度ホトリフレクタンスとホトルミネッセンスの同時測定可能になった。2021年度、測定とノイズ除去の自動化で試料温度変化等の系統的な研究が可能になった。2022年度、メカニカルなチョッパーから電子制御でタングステンランプ光、レーザー光のon/offが可能になり、ノイズの大幅な低減にもメドがついた。電子構造についての解明が一段と進むと思われる。
【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(2020年度）に加え、光の取り出し効率の上昇と集光機能を加えた(2021年度）。曲率半径を108 μmまで縮小できるようになった。(2022年度）
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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。この窓は、望遠レンズの先端側の凸レンズ機能を持たせる。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】振動ノイズの除去、チョッパーの電子制御の採用、工学系の改良による大幅ノイズ低減ができた。本格的にGaAsBi量子井戸の偏光依存性、基板方位依存性、測定温度依存性を調べ、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】面発光レーザ取り出し窓の均一性データを取得する。両面マスクアライナーを立ち上げ、両面
マスク位置合わせの検証をおこなう。ストライプレーザで検証をへて、面発光レーザの試作をおこなう。
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| Causes of Carryover |
【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】前年度理由と同じく、7.5~14 μm帯の赤外線を検出するサーモグラフィの採用が本研究の進展に重要な突破口となったが、それ
を採用するために検証実験と安全な装置開発をおこなうため研究期間が延びている。
【②偏光が生じる機構の解明】ノイズ除去をして測定精度を上げた系統的な実験を行うため研究期間が延びている。
【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】マイクロレンズを用いた新しい面発光レーザ取り出し窓をもつプロセスに移行したため研究期間が延びている。翌年度分として請求した本研究以外の助成金はない。
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