2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノスケール金属キャビティ半導体レーザーの基礎研究
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26600112
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
種村 拓夫 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90447425)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体レーザ / プラズモニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，半導体レーザーを高密度に集積した光回路の実現に向けて，サブミクロンサイズの小さな半導体レーザを開発することを目的とした．
まず，占有面積を削減しながら共振Q値を高めるために，カプセル型微小金属キャビティを新たに提案し，キャビティ形状の最適設計を行った．3次元有限差分時間領域（FDTD）法により各種キャビティ構造の共振Q値を求め，レート方程式を用いた解析から，レーザの発振閾値と発光効率の算出を行った．最適な曲率のミラー構造を導入することで，光の共振モードがキャビティ中央に閉じ込められ，金属側壁における光損失が抑圧される結果，Q値が大幅に増大して低閾値化が達成できることを確認した．
次に，素子の試作に取りかかり，各種プロセス条件の最適化を行った．特に，十分な Q値を得るために必要な側壁角度を計算し，急峻なエッチングを行うための反応性イオンエッチング装置の条件を抽出した．作製した素子を用いてフォトルミネッセンス測定を行った結果，理論予測通り，最適なカプセルキャビティ構造を導入することでQ値が4倍以上増大することを実証した． さらに，電流励起下でのレーザ発振を目指すため，電流注入型金属キャビティ構造を試作し，電流注入下での自然放出光の検出に成功した．
上記と並行して，光導波路に結合した微小金属キャビティの数値解析を行い，Q値と結合効率の条件を両方満たすための最適な構造を決定した．2段階反応性イオンエッチングプロセスの最適条件を抽出し，InPハイメサ導波路上に金属キャビティ構造を結合させた素子を試作に成功した．
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