2009 Fiscal Year Annual Research Report

化合物半導体/シリコンハイブリッドフォトニック結晶レーザの開発

Research Project

Project/Area Number	21860017
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	田辺克明 The University of Tokyo, 生産技術研究所, 特任助教 (60548650)
Keywords	化合物半導体 / 量子ドット / レーザ / 光集積回路 / フォトルミネッセンス / ナノテクノロジー / ヒ化インジウム / ヒ化ガリウム
Research Abstract	III-V化合物半導体光源とSi導波路との一体型デバイス(ハイブリッドレーザ)は、高集積光学回路の構築に有効である。特に量子ドット(QD)レーザは低い発振閾値、高い温度動作安定性を有することから高集積化に適している。今回、QD光デバイスとSi導波路集積化技術の開発への取り組みの一つとして、ウェハ融着によるSi基板上電流注入型QDレーザを初めて実現した。有機金属気相成長法(MOCVD)によりGaAs基板上にAl_<0.4>Ga_<0.6>Asクラッドおよび、InAs/GaAs QD層5層を含むレーザ層を成長した。Au薄膜を介したGaAs/Siウェハ融着とGaAs基板の選択的溶解により、Si基板上にレーザ層を転写した。ブロードエリアFabry-Perotレーザを作製し、InAs QDの基底準位における1.3μmでの室温発振(閾値電流密度600A/cm^2)を観測した。これは、Si基板の量子ドットレーザとして初めての通信波長帯1.3μmでの発振の達成であり、大容量通信用QD/Siハイブリッドレーザへの展開の布石である。また、今回作製に成功した高導電性GaAs/Siヘテロ界面により、垂直方向の電流注入が可能となっており、既存のハイブリッドレーザで用いられている水平方向の注入と比較してシンプルな作製プロセスが実現可能となり、低コスト化の利点も有する。さらに、今回用いたMOCVDによるGaAs基板上のQD成長は、QDレーザ作製の多くの事例で用いられている分子線エピタキシー(MBE)による成長やInP基板の使用と比べ、大規模、高スループット、低コスト作製を可能とする利点を有する。