細線状活性層を用いる高性能光通信用半導体レーザの研究

Research Project

Project/Area Number	04J04385
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Research Field	Electron device/Electronic equipment
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Research Fellow	大平和哉東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2004 – 2005
Project Status	Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help	¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000) Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords	光通信工学 / 半導体レーザ / 分布帰還型レーザ / 光集積デバイス / GaInAsP / 有機金属気相成長法 / 電子線露光 / ドライエッチング
Research Abstract	光通信網の普及に伴い、半導体レーザ光源に更なる低消費電力動作、多機能化などの一層の高性能化が要求されている。本研究では、電子ビーム露光法・ドライエッチング・OMVPE埋め込み成長による作製法を用いて、細線状活性層を有する1.55μm波長帯高性能半導体レーザの提案・作製を行った。低電流かつ高効率動作が可能な半導体レーザ実現のために、異なる活性層幅で遷移エネルギーに差異があることを利用した新しい集積法を提案した。本集積法を用いて活性層幅の異なる2つの領域(DFB/DBR領域)を集積し光出力を片端面に集中させることで、低しきい値動作を維持したまま高効率動作が可能な分布反射型(DR)レーザを提案・実現した。理論解析より、しきい値電流を半減させつつ効率向上が可能であることを明らかにし、作製した素子において、最低しきい値電流1.1mA、前端面からの外部微分量子効率36%の高出力特性を実証した。また、共振器内部に位相シフト回折格子を導入することで、更にしきい値電流の低減が可能であることを理論解析より明らかにし、作製した素子において、低しきい値電流1.2mAを得た。いずれの素子においても40dB以上の副モード抑圧比が得られ、低電流・高効率・安定単一モード動作を実証した。また、この作製技術を用いてこれまで実現されていない単一素子で連続的な波長挿引が可能な連続波長可変レーザの実現を目指し、回折格子周期または等価屈折率を軸方向に変化させた(チャープ型)細線状活性層を持つDFBレーザの理論解析を行った。その結果、利得結合型解析格子を用い、励起領域長200μm、チャープ量0.5nm/μmとすることで、全動作波長域で安定単一モード動作が可能であることを明らかにし、励起領域を移動させることで連続した波長挿引の可能性を示した。本構造は波長制御性が良く、安定単一モードで連続可変が可能であると期待できる。