マイクロマシ-ニングによる高性能化光電子集積機能デバイスの試作研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555111
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野田 進 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10208358)
• 研究分担者: 佐々木 昭夫 京都大学, 大阪電気通信大学・工学部, 教授 (10025900) ; 若原 昭浩 京都大学, 工学研究科, 助手 (00230912)
• キーワード: 光電子集積デバイス / 面発光 / 回折格子結合型面発光レーザ / マイクロマシ-ニング / ウエハ融着

研究概要

光電子集積デバイスの高性能化のために、本研究ではその心臓部である発光部の高性能化を目指して研究を進めた。レーザ構造として独自の回折格子結合型発光レーザを取り上げ、その低しきい値化、高出力化を目指した。そのためのポイントして、回折格子の結合係数をできる限り大きくとることを考え、新たに屈折率差の大きくとれる空気/半導体回折格子を内部にもつ分布帰還型半導体レーザの実現を目指した。このような空気/半導体回折格子実現のため、本研究では、ウエハ融着という新たな方法を用いることを検討した。このウエハ融着法は、半導体どうしを表面の酸化膜除去後、ある一定圧力(1.7N/cm2)のもとで重ね合わせ、水素雰囲気中で加熱し一体化させる技術で、異種接合が用意に形成でき、また界面に電気を流すことができるという特長をもつ。本研究では、材料系としてInPを取り上げ、まずInPどうしで融着そのものが可能かどうか、およびその最適融着条件を検討し、両基板の両方位を同位相とし加熱温度、時間を620℃、30分をするのがよいことを見いだした。また、この方法で回折格子をデバイス中に埋め込む場合、融着界面が活性層に極めて近くなるため、その影響も検討し、融着界面と活性層の距離が0.25μm程度以上あれば特性に悪影響を与えないことを見いだした。続いて空気/半導体回折格子作製のため、回折格子と平坦基板とのウエハ融着の条件の検討を行い、その際マストランスポートと呼ばれる現象が生じることを見いだした。このマストランスポートにより、融着界面に気相成長が起こり、その結果界面が堅牢になり、また電気的、光学的特性向上に大きな効果をもつことを見いだした。これらの知見のもとに、実際に空気/半導体回折格子を内蔵した面発光レーザを実現し、しきい値電流密度1.3kA/cm^2、面発光出力7mW以上という良好な特性を得ることに成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Imada,S.Noda,et al.: "Distributed Feedback Surface-Emitting Laser with Air/Semiconductor Gratings Embedded by Mass-Transport Assisted Water Fusion Technique" IEEE Photonics Tech.Letter. vol.9(4)(in press). (1997)
• [文献書誌] N.Yamamoto,S.Noda,et al.: "New Realization Method for Three-Dimensional Photonic Crystal in the Optical Wavelength Region : Experimental Consideration" Jph.J.Appl.Phys.vol.36(3B)(in press). (1997)
• [文献書誌] S.Noda,N.Yamamoto,et al.: "New Realization Method for Three-Dimensional Photonic Crystal in Optical Wavelength Region" Jph.J.Appl.Phys.vol.35(7B). L909-L912 (1996)
• [文献書誌] S.Noda,M.Imada,et al.: "Distributed Feedback Laser with Air/Semiconducton Gratings Embedded by Mass-Transport Assisted Wafer-Fuston Technique" Conf.Lasers and Electrooptics (CLEO'97),Baltimore. vol.10(to be presented). (1997)
• [文献書誌] N.Yamamoto,S.Noda,et al: "New Realization Method for Three-Dimensional Photonic Crystal in Optical Wavelength Region-Experimental Consideration-" Extended Abstracts of the 1996 Int.Conf.Solrd State Devites and Materids. 217-219 (1996)
• [文献書誌] S.Noda,N.Yamamoto,et al.: "New Realization Method of Three-Dimensional Photonic Crystal in Optical Wavelength Region" 1996 Tech.Digest of Conference on Lasens and Electrooptics (CLEO 96). vol.9. 388-388 (1996)