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

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555111
• 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: 矢野 浩 住友電気工業, オプトエレクトロニクス研究所, 主査
• キーワード: 光電子集積デバイス / 面発光 / 回折格子結合型面電光レーザ / マイクロマシ-ニング / ウエハ融着 / マストランスポート / 空気 / 半導体回折格子

研究概要

前年度の研究により、光電子集積機能デバイスの高性能化にとって、ウエハ融着法を用いた空気/半導体回折格子内蔵型面型半導体レーザが極めて有効であることを明らかにした。これは空気と半導体との屈折率差が極めて大きいため、発振/面発光にとって重要な結合係数の大きなデバイス実現が期待されるからである。前年度は、この新しい半導体レーザの室温パルス発振に成功したが、本年度はさらにデバイス構造を最適化し、室温連続発振を目指した。まず、前年度はn型基板上にn型光閉じこめ層、活性層、p型上部(薄い)光閉じこめ層を成長したウエハと、p型基板上にp型選択エッチ層、p型光閉じこめ層を成長したウエハを用意し、後者のウエハにマイクロマシ-ニング法により回折格子を形成し、両者を重ねて水素雰囲気中で加熱することによりデバイスを作製していたが、この場合、融着界面がp型同士となり、界面に電位障壁が生ずることが分かった。本年度は融着面がn型同士となるように構造の変更を行うとともに、電流閉じこめ層として新たにリッジ導波路構造を用いた。この際、融着面は活性層の下部に来るように位置させ、リッジによる電流集中が融着面に悪影響をもたさないように工夫した。その結果、室温において60mAで初めての連続発振が達成され、本研究で提案したウエハ融着法による空気/半導体回折格子内蔵型半導体レーザが実際のデバイス応用上極めて有効であることが示された。融着界面そものについても透過型電子顕微鏡観察による構造評価や、電流-電圧特性評価による電気的評価を行なった。その結果、融着界面には、貫通転移が存在しないこと、また界面は(100)面から(115)面の方へ湾曲し、確かにマストランスポートがおこっていることを見出した。電気的特性評価からは、上述のように(a)n-n融着界面の方が、p-p界面に比べて電気障壁が存在しないということで優れていること、(b)しかしながらp-p界面であってもマストランスポートを積極的に起こさせることで電気的特性が改善されることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] M.Imada, S.Noda, et al.: "Distributed Feedback Sunface-Emitting Lasen with Air/Semiconductan Gratings Embedded by Mass-Transport Assistod Wafer Fusion technigue" IEEE Photonics Technology Letters. 9・4. 419-421 (1997)
• [文献書誌] M.Imada, S.Noda, et al.: "Characterization of InP Air/Semicondocton Gratings Formed by Moss-Transpirt Assisted Wafer Fusion Technigue and Its Application to Distributed Feedback Lasen" Jpn.J.Appl.Phys.37・3B(in press). (1998)
• [文献書誌] N.Yamamoto and S.Noda: "100nm-scale Algnment by Lasen Beam Diffraction Pattern Observation Techniguc and Wafen-Fusion for Realizang Three-Pimensiorol Photonic Crystel Structure" Jpn.J.Appl.Phys.37・(June)(in press). (1998)
• [文献書誌] S.Noda, et al.: "Optoelectronic Integratod Devices.PartII,Adoancad Optical Functions and Sunfoco-emitting Capobility (Invited Popen)" Optoeleronics Review. 5・4(in press). (1998)
• [文献書誌] M.Imada and S.Noda: "Structural and Electrical Characterization of IuP Air/Semiconducton Gratings Formed by Mass-Transport Assisted Wafer Fusion Technigue" Etended Abstract of the 1997 Iuterna tional Canference on Solod State Devices and Materials. 170-171 (1997)
• [文献書誌] S.Noda, et al.: "Continuous wave Osctllation of MQW DFB Laser with Air/Semiconducton Gratings Emboddod by Mass-Transport Assisted Wafer Fusim Technigue" Conferenl on Lasevs and Electro-optccs (OSA Conferene Drgest Series). (papen cwc4)). (1998)