多次元量子井戸構造による低雑音半導体光増幅器の実現と集積化に関する基礎研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452150
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 荒井 滋久 東京工業大学, 工学部, 助教授 (30151137)
• 研究分担者: 小森 和弘 東京工業大学, 工学部, 助手 (20202070)
• キーワード: 半導体光増幅器 / 量子細線 / 量子箱 / テ-パ状導波路半導体光増幅器 / 雑音指数 / 利得飽和 / DFBレ-ザ / 動的単一モ-ドレ-ザ

研究概要

本研究は、半導体量子井戸構造の量子化次元を高めた量子細線や量子箱における光増幅機構を理論・実験の両面から解明して、将来の光ファイバ通信および光情報処理の基本デバイスとなる低雑音・低漏話に優れた半導体光増幅器実現のための基礎資料を得ること、および将来の半導体光集積回路化応用への基礎を確立し、その学問的基盤を形成することを目的としている。
本年度は、光増幅器の本質的性能である低雑音・低漏話性が、多次元量子井戸構造の導入により理論的にどこまで向上できるものかを理論的に明らかにすると共に、量子細線半導体光増幅器を実現する為の前段階として、量子細線構造を有する半導体レ-ザ-の試作を行った。
半導体光増幅器の活性媒質をバルク、量子井戸、量子細線、量子箱とした時の量子化次元の増加に対する光利得特性および雑音特性を理論的に明かにした。その結果、量子化次元を増加するにつれて、主要な雑音である信号光ー自然放出光間ビ-ト雑音及び自然放出光間ビ-ト雑音を大幅に低減でき、量子細線、量子箱半導体光増幅器においては雑音指数を理論限界(3dB)近くまで低減できることが明らかとなった。
光増幅によるキャリア減少を低減化して高光出力化を達成する方法として、進行波形光増幅器の進行方向に導波路幅を拡大するテ-パ状導波路半導体光増幅器を提案し、その高飽和特性を理論的に明かにすると共に、この新型半導体光増幅器とDFB単一モ-ドレ-ザを集積化した集積化光源を試作し、その基本増幅特性を確認した。
EB露光とウエットエッチングによる極微細加工とOMVPE再成長を用いることによって、量子細線構造を活性層に有するGaInAs/GaInAsP/InP量子細線レ-ザの試作を行い、長波長系の量子細線としてはじめて室温連続動作を達成した。

研究成果

• [文献書誌] 荒井 滋久: "最近の集積半導体レ-ザ" レ-ザ研究. 26. 1736-1745 (1991)
• [文献書誌] K.Komori: "Noise in Semiconductor Laser Amplifiers with Quantum box structure" IEEE Photon.Tech.Lett.3. 39-41 (1991)
• [文献書誌] K.Komori: "Tapered Waveguide Semiconductor Laser Amplifier integrated with DFB laser" 17th European Conference on Integrated Optics and Optical Communication(ECOC'91). TuA3ー3. 113-116 (1991)
• [文献書誌] G.Bendelli: "A New Structure for HighーPower TWーSLA" IEEE Photon.Tech.Lett.1. 42-44 (1991)
• [文献書誌] P.A.Yazaki: "A GaInAsP/InP Tapered Waveguide Semiconductor Laser Amplifier Integrated with a 1.5μm Distributed Feedback Laser" IEEE Photon.Lett.3. 1060-1063 (1991)
• [文献書誌] Y.Miyake: "Room Temperature Operation of GaInAsーGaInAsPーInP SCH MultiーquantumーFilm Laser with Narrow Wireーlike Active Region" IEEE Photon.Tech.Lett.3. 191-192 (1991)
• [文献書誌] S.Arai: "Fabrication of GaInAs(P)/InP QuantumーWire Structures for Lasers and ElectroーOptical Devices;" Conf.on Advanced Processings,No.227,American Vaccum Society Series 10. 227. 180-183 (1991)