混晶化による光・キャリア・電流閉じ込め基盤構造形成とその微小化面発光レーザ応用

• 研究課題/領域番号: 15H03574
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 宮本 智之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (70282861)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 半導体レーザ / 面発光レーザ / 光閉じ込め / 電流閉じ込め / キャリア閉じ込め / 混晶化 / プロトン注入 / トンネル接合 / 量子井戸混晶化 / 光エレクトロニクス / 量子構造 / ヘテロ界面混晶化

研究成果の概要

半導体レーザの高効率化には製作技術に課題があった．そこで面発光レーザ（VCSEL）の高性能化のため，半導体ヘテロ界面混晶化（混晶化）手法を応用した，優れた製作性の光・キャリア・電流閉じ込め構造製作技術の確立を目的とした．プロトン注入混晶化手法により，光閉じ込め用屈折率制御，キャリア閉じ込め用ポテンシャル障壁形成，トンネル接合破壊電流閉じ込め構造形成を検討した．
結果として，理論的に屈折率制御性とVCSEL特性改善の可能性を示し，実験的にポテンシャル形成と結晶品質回復，トンネル接合破壊電流閉じ込めを達成した．実験的VCSEL特性改善は得られなかったが，課題を明らかにし，特性改善の可能性を示した．

研究成果

• [雑誌論文] Quantum well intermixing technique using proton implantation for carrier confinement of vertical-cavity surface-emitting lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Shouhei Moriwaki, Minoru Saitou and Tomoyuki Miyamoto
  • 雑誌名: Japan Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 8S3 ページ: 08RC01-08RC01
  • DOI: 10.7567/jjap.55.08rc01
  • NAID: 210000147025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Shape control of AlGaAs selective oxidation by intermixing method (2016)
  • 著者名/発表者名: Tetsu Gi and Tomoyuki Miyamoto
  • 雑誌名: Japan Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 11 ページ: 110303-110303
  • DOI: 10.7567/jjap.55.110303
  • NAID: 210000147209
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] VCSEL電気特性改善に向けたトンネル接合の材料依存性の評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青山 智之、宮本 智之
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] VCSELの高効率化に向けたの深い位置におけるイオン注入量子井戸混晶化条件に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀切 顕徳、宮本 智之
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Material combination dependence of tunnel junction characteristics for improvement of electrical characteristics of VCSEL (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Aoyama and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: ICMOVPE-XIX
  • 国際学会
• [学会発表] PL characterization of proton implantation quantum well intermixing of MOVPE grown QW at deep position for high efficiency VCSEL (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentoku Horikiri and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: ICMOVPE-XIX
  • 国際学会
• [学会発表] 膜厚変調DBRによるVCSELの電気抵抗低減 (2017)
  • 著者名/発表者名: 須原壮，宮本智之
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 薄膜積層構造の熱伝導減少効果を考慮した面発光レーザの熱抵抗解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三村正樹，宮本智之
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Shape control of AlAs selective oxidation by intermixing of GaAs/AlAs hetero-interface (2016)
  • 著者名/発表者名: Tetsu Gi and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: 21st Microoptics Conference
  • 発表場所: California, U.S.A.
  • 年月日: 2016-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] Low thermal resistance VCSEL array adopted tunnel junction destruction using proton implantation (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Oshida, Masashi Suhara, and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: The 21st OptoElectronics and Communications Conference
  • 発表場所: 新潟県
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] Low thermal resistance VCSEL array adopted tunnel junction destruction using proton implantation (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Oshida, Masashi Suhara, and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: The 21st OptoElectronics and Communications Conference
  • 発表場所: Niigata
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] Refractive index control by quantum well intermixing for light confinement in VCSEL (2016)
  • 著者名/発表者名: Minoru Saito, Shouhei Moriwaki, and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: The 43th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: 富山県
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Refractive index control by quantum well intermixing for light confinement in VCSEL (2016)
  • 著者名/発表者名: Minoru Saito, Shouhei Moriwaki, and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: The 43th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Toyama
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] 光無線給電に向けたトンネル接合破壊型VCSELアレーに関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 押田将平，須原壮，宮本智之
  • 学会等名: 第63回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] VCSEL光閉じ込めに向けた量子井戸混晶化による屈折率制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤季，森脇翔平，宮本智之
  • 学会等名: 2016年電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] Characterization of ion implantation quantum well intermixing for carrier confinement of VCSEL (2015)
  • 著者名/発表者名: Shouhei Moriwaki, Minoru Saito, Shogo Kunisada, and Tomoyuki Miyamoto
  • 学会等名: 20th Microoptics Conference
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2015-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] VCSELのキャリア閉じ込め応用に向けたイオン注入混晶化法の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森脇翔平，齋藤季，國貞彰吾，宮本智之
  • 学会等名: 第76回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-09-13