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

1992 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 / 低次元量子井戸 / 量子細線 / 歪量子井戸 / GaInAs / InP量子細線 / 雑音 / 雑音指数 / 自然放出光間ビート雑音

研究概要

本研究は、半導体量子井戸構造の量子化次元を低減し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、その学間的基盤を形成することを目的としている。
本年度は、半導体光増幅器の低雑音化の為に、低次元量子井戸構造の導入によって低雑音特性がどこまで向上できるかを理論的に明らかにすると同時に、実際に、EBリゾグラフィと再成長によって量子細線レーザ/光増幅器を試作した。
まず、低次元量子井戸構造半導体光増幅器の雑音特性の理論解析から、量子化次元を減少するにつれて雑音指数は減少し、量子箱構造では、理論最低値(3dB)に近い3.3dBが得られることが示された。また、量子化次元を減少するにつれて、自然放出光間ビート雑音が大幅に低減できることが示された。特に量子箱構造においては、光フィルターなしで低雑音光増幅器として動作できる可能性があることが明かとなった。
EBリゾグラフィとOMVPE再成長法を用いて、量子細線レーザを試作した。再成長界面の問題を解決するために、p-InP基板上に量子細線を形成し、再成長時の界面処理を行ったところ、低しきい値(しきい値〜50mA)室温連続動作を達成し、この方法による量子細線光増幅器実現の可能性を示した。
半導体光増幅器の高飽和、低漏話化の為に、われわれが提案しているテーパ形状導波路半導体光増幅器において、利得飽和特性のテーパ形状依存性を理論的に明らかにした。その結果、利得飽和特性向上のめ為には、直線状とGauss関数形状が、また、高効率、及び雑音低減の為には、指数関数状のテーパ状光増幅器が適していることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miyake: "Threshold Current Reduction of GaInAs/GaInAsP/InP SCH Quantum-Well Laser with Wire-Like Active Region by using p-type Substrate" IEEE Photon.Technol.Lett.4. 964-966 (1992)
• [文献書誌] G.Bendelli: "Gain Saturation and Propagation Characteristics of Index-Guided Tapered-Waveguide Traveling Wave Semiconductor Laser Amplifier(TTW-SLA's)" IEEE J.Quantum Electron. 28. 447-458 (1992)
• [文献書誌] K.Kudo: "Reduction of Effective Linewidth Enhancement Factor α eff of DFB Laser with Complex Coupling Coefficient" IEEE Photon.Tech.Lett. 4. 531-534 (1992)
• [文献書誌] J.Dong: "A GaInAsP/InP Grating Filter Multiple-Stripe Laser Array Operting in In-Phase Lateral-and Single-Longitudinal-Mode" IEEE Photon.Technol.Left.4. 491-494 (1992)
• [文献書誌] K.Komori: "Noise Study of Low Dimensional Quantum Well Semiconductor Laser Amplifiers" IEEE,J.Quantum.Electron.28. 1894-1900 (1992)
• [文献書誌] K.Komori: "Fabrication of GaInAs/InP Quantum Wires by Organometallic-Vapor-Phase-Epitaxial(OMVPE)Selective Growth on Grooved Side Walls of Ultrafine Multi-layers" Jpn.J.Appl.Phys.31. L535-L538 (1992)