反射戻り光耐性・超低チャ-ピング性を特長とする新構造分布帰還型半導体レ-ザの開発

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01850014
• 研究種目: 試験研究
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 多田 邦雄 東京大学, 工学部, 教授 (00010710)
• 研究分担者: 岩岡 秀人 光計測技術開発株式会社, 主任研究員 ; 本杉 常治 NTT, 光エレクトロニクス研究所, 主幹研究員 ; 村井 徹 東京大学, 工学部, 助手 (60107571) ; 中野 義昭 東京大学, 工学部, 講師 (50183885)
• キーワード: 半導体レ-ザ / 分布帰還型レ-ザ / DFBレ-ザ / 利得結合 / ストライプ幅変調 / 戻り光誘起雑音 / チャ-ピング / 有機金属気相成長

研究概要

1.利得結合を効果的に実現する素子構成法の検討 反射戻り光耐性を獲得するには、利得結合性が強くかつ屈折率結合性の弱い光分布帰還共振器構造が必要である。ここでは、活性層自体に回折格子を設け利得結合を発生させると同時に、寄生的に生じる屈折率結合はその直下に空間位相の反転した別の回折格子を設けることで相殺するという、全く新しい構造を提案した。2.素子の特性解析・設計 上記新構造の利得結合係数ならびに屈折率結合係数を厳密に解析し、屈折率結合を消失させるための条件を明らかにした。また、接合面垂直方向高次横モ-ドを遮断するに有効な素子構成法を検討した。これらの結果に基づき、GaAs系短波長帯素子を例にとって設計を行った。3.短波長帯素子の試作 パタ-ン基板上の有機金属気相成長の特徴を利用し、発光効率を損じることなく活性層自体に回折格子を設ける手法を開発した。上記設計に基づき、GaAs系短波長帯リッジ導波路ストライプ型素子の試作を行った。回折格子形成に当たっては、ウェットケミカルエッチングと反応性イオンエッチングの双方を試みたが、後者の場合により良好な結果が得られている。試作素子は、室温における閾値電流が12mA、外部微分量子効率46%、光出力20mW以上など、既存の半導体レ-ザに勝るとも劣らない基本特性を有した。また、発振縦モ-ドは如何なる端面位相の場合でも単一で、利得結合レ-ザの単一モ-ド性の高さが示された。4.反射戻り光誘起雑音の測定 上記素子の実装技術を検討し、室温連続発振を可能にした。次に、本素子の反射戻り光誘起強度雑音スペクトラムの測定に着手した。まず、従来の分布帰還型半導体レ-ザでは、反射戻り光が存在すると相対強度雑音値が最大40dB程度増加することを確認した。一方、ここで開発した素子では反射戻り光が存在しても相対強度雑音値の増加がほとんど観測されていない。現在、反射戻り光耐性を定量的に評価中である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Luo: "Gain-Coupled DFB Semiconductor Laser Having Corrugated Active Layer" Technical Digest of the 7th International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communication(IOOC'89). 40-41 (1989)
• [文献書誌] Y.Nakano: "Some Novel Techniques for the Fabrication of Semiconductor Diffraction Gratings" Technical Digest of the First International Meeting on Advanced Processing and Characterization Technologies(APCT'89). 81-84 (1989)
• [文献書誌] Y.Luo: "Novel Structure for Semiconductor Distributed Feedback Lasers-Formation of a Corrugated Active Layer Utilizing OMVPE-" Technical Digest of the First International Meeting on Advanced Processing and Characterization Technologies(APCT'89). 223-226 (1989)
• [文献書誌] Y.Nakano: "Facet reflection independent,Single longitudinal mode ascillation in a GaAlAs/GaAs distributed feedback laser equipped with again-coupling mechanism" Applied Physics Letters. 55. 1606-1608 (1989)
• [文献書誌] 中野義昭: "GaAs系分布帰還型半導体レ-ザとその縦モ-ド制御" 応用物理(11月号). 58. 1554-1573 (1989)
• [文献書誌] L.Luo: "Purely Gain-Coupled Distributed Feedback Semiconductor Lasers" Applied Physics Letters.
• [文献書誌] Y.Nakano: "Optical Computing in Japan" Nova Science Publishers,Inc., (1990)