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本研究では、2次元フォトニック結晶を共振器として組み込んだ2次元フォトニック結晶面発光レーザの高性能化へ向けた検討を行っている。2次元的なDFBレーザとも呼べる本レーザは、大面積でのコヒーレント発振が実現できるため、高出力な単一波長光源として期待される。本デバイスが実用に足る半導体レーザとなるためには、室温での連続動作が必要不可欠であるが、当初は低温-20℃以下での連続動作に限られていた。そこで、本年度は室温での連続発振の実現を目指し、レーザ構造の検討を行った。さらに、光の共振の起こるバンド端とレーザ発振との関係も検討した。
発振しきい値の温度特性について検討したところ、特性温度が通常の半導体レーザの値より低くキャリアの閉じこめ効果が不足している可能性があることが分かった。そこで、キャリアの閉じこめ効果を上げるため、電子の活性層への閉じとめを強めるべくp側に形成しているキャリアストップ層のギャップ幅を大きくした。この結果、キャリアの閉じこめ効果が増し特性温度が上昇したため、室温での連続発振を達成した。発振は、低温での発振と同様に全領域でコヒーレントであり、ビーム形状はリング状であった。
また、実験的に光のバンド構造を測定することにより、バンド端とレーザ発振との関係を検討した。TE-likeモードに関しては、4つあるバンド端のQ値は周波数が低いバンド端ほど大きく、結果的に発振は周波数の最も低いバンド端で起きていることが明らかとなった。さらに、ごく一部のサンプルではTM-likeモードでの発振も確認され、設計によっては異なる特性を持つTM-likeモードでの発振が可能であることも示唆された。
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