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薄膜半導体光導波路を有する低次元量子井戸レーザに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17760275
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京工業大学

研究代表者

丸山 武男  東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助手 (60345379)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
キーワード半導体レーザ / 薄膜レーザ / 低次元量子井戸レーザ / 分布帰還レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィ / 有機金属気相成長法 / ドライエッチング
研究概要

量子細線・量子箱構造を活性層に導入する低次元量子井戸レーザは、高効率、狭線幅、低しきい値電流などの高性能化の点で非常に有望である。本研究ではこれらの低次元量子構造の特徴を際立たせるために、従来の半導体二重ヘテロ構造に比べ光閉じ込め係数が3倍程度大きい半導体/ポリマー複合導波路構造を用いた低次元量子構造半導体レーザを実現し、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する極限的低電力・高効率動作の可能性を実証すると共に、低次元量子構造の光学特性を明らかにすることを目的とする。本年度得られた結果は、
(1)Si/SiO_2導波路は高屈折率差(Δ=40%以上)を有するため、超小型光集積回路実現に適しており、またSiは通信波長帯域において透明であるため、Si基板上へのIII-V族発光素子実現は重要である。SOI基板に圧縮歪1%単層量子井戸GaInAsP/InP薄膜の直接貼り付けを行った。水素雰囲気中で300〜450℃の温度範囲において圧着することにより、貼付前後でPL強度およびスペクトルに変化のない低損傷界面が得られることを明らかにした。
(2)上記方法を用いてSOI基板上にGaInAsP/InP半導体薄膜DFB構造を直接貼り付け、BH-DFB半導体薄膜レーザを作製した。この素子を光励起することにより室温連続発振を実現した。共振器長は120μm、ストライプ幅は2μmの素子において、しきい値励起光強度2.8mW、しきい値の2倍の励起強度において副モード抑圧比28dBが得られた。
(3)通常半導体材料は温度が上がると屈折率が高くなるが、誘電体材料のBCBは温度が上がると屈折率が下がる性質を有している。半導体DFBレーザにこのBCBを誘電体クラッドに用いることで、温度による屈折率変化を全体としてキャンセルすることができる可能性を有している。今回、2種類の膜厚(65nm,150nm)の半導体薄膜レーザを作製し、発振波長の温度依存性を調べた。コア厚150nmの素子においてはdλ/dT=5.3×10^<-2>nm/Kとなったのに対し、コア厚65nmの素子においてはdλ/dT=2.5×10^<-2>nm/Kとなり、通常の半導体薄膜レーザと比較して1/4程度に低減することができた。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (7件)

  • [雑誌論文] Low-threshold current density GaInAsP/InP quantum-wire distributed feedback lasers fabricated by low-damage processes2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Nishimoto
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 46・2

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Reduced temperature dependence of lasing wavelength in membrane buried heterostructure DFB lasers with polymer cladding layers2007

    • 著者名/発表者名
      S.Sakamoto
    • 雑誌名

      IEEE Photon. Technol. Lett. 19・4

      ページ: 291-293

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] GaInAsP/InP membrane BH-DFB lasers directly bonded on SOI substrate2006

    • 著者名/発表者名
      T.Maruyama
    • 雑誌名

      Optics Express 14・18

      ページ: 8184-8188

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct wafer bonding of GaInAsP/InP membrane structure on silicon-on-insulator substrate2006

    • 著者名/発表者名
      T.Maruyama
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 45・11

      ページ: 8717-8718

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] GaInAsP/InP quantum-wire lasers and distributed reflector lasers with wirelike active regions by lithography and regrowth2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arai
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE 5738

      ページ: 303-317

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Multiple-wavelengths membrane BH-DFB laser arrays2005

    • 著者名/発表者名
      S.Sakamoto
    • 雑誌名

      IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron. 11・5

      ページ: 1174-1179

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Low-threshold-current operation of 1540 nm GaInAsP/InP distributed-feedback lasers with multiple-quantum-wire active regions2005

    • 著者名/発表者名
      H.Yagi
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 87・22

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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