グレーティング素子と量子井戸レーザーを用いたモノリシック光集積回路の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555015
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 栖原 敏明 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90116054)
• 研究分担者: 上向井 正裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 日本学術振興会特別研究員 ; 裏 升吾 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10193955) ; 西原 浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029018)
• キーワード: 光集積回路 / 半導体レーザー / フレーティング素子 / モノリシック集積 / 量子井戸 / 光導波路 / 半導体光増幅器 / DBRレーザー

研究概要

本年度は、モノシリック集積の基礎要素技術と、モノリシック集積高出力高機能レーザーの試作と改善に重点を置いて研究し、以下の成果を得た。
1 GRIN-SCH光導波路構造における、コリニアブラッググレーティング、コプレーナブラッググレーティング、波面変換機能付グレーティング結合器などの各種グレーティング素子を設計するとともに、要求される作製精度に関するデータを蓄積した。
2 GRIN-SCH-QW 導波路構造で、レーザー発振波長で低損失な受動導波路部を形成するため、量子井戸の選択的無秩序化技術について種々の方式を実験的に検討し、膜厚段差SiO_2キャップ層と急速熱処理による技術を確立し、フォトルミネッセンス測定、レーザー発振波長測定、受動損失測定によりその有用性を確認した。また受動導波路集積化レーザーを試作・評価し、良好な結果を得た。
3モノリシック集積化のためのAlGaAs(InGaAs)-GRIN-SCH-SQW-DBR レーザーを設計・作製した。
4 上記レーザーに発散球面波出力用グレーティング結合器を集積した集積レーザーを設計、試作、評価し、設計値に近い虚焦点スポットサイズなど良好な結果を得た。
5 3のレーザー発振器にパワー増幅器及び平行ビーム出力用グレーティング結合器を集積したモノリシックMOPAの設計、試作、評価、改善を行い、約200mWの高出力と理論回折限界に近い良好な出力ビーム平行度を達成した。
6 新たに高出力が期待できる傾斜DBRグレーティング集積広面積レーザー、および波長可変やモード同期などの高機能化が期待できる集積外部共振型レーザーを設計、試作し、良好な予備的知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] A.Larsson,M.Uemukai,T.Suhara,H.Nishihara: "Grating coupled surface emitters : integrated lasers, amplifiers, and beam shaping out couplers"Proc.SPIE. 3626. 190-201 (1999)
• [文献書誌] M.Uemukai,M.Miyata,N.Shimada,T.Suhara,H.Nishihara: "Monolithically integrated master oscillator power amplifier with grating coupler for collimated output beam"Ted.Dig.7th Microoptics Conference(MOC'99). July 14-16 MG1. 272-275 (1999)
• [文献書誌] S.Ura,T.Fujii,T.Suhara,H.Nishihara: "Efficiency-enhanced third-order grating coupler"Appl.Opt.. 38,14. 3003-3007 (1999)
• [文献書誌] 上向井,松本,栖原,Eriksson,Larsson: "InGaAs-AlGaAs 発振器-増幅器-グレーティング結合器集積化レーザ"電子情報通信学会論文誌C-I. 382-C-I,9. 544-559 (1999)
• [文献書誌] N.Shimada,M.Uemukai,T.Suhara,H.Nishihara: "Integrated DBR laser with grating coupler for divergent spherical wave emission"Jpn.J.Appl.Phys.Pt1. 39,1. 124-125 (2000)
• [文献書誌] M.Uemukai,M.Miyata,N.Shimad,T.Suhara,H.Nishihara: "Monolithically integrated master oscillator power amplifier with grating coupler for collimated output beam"Jpn.J.Appl.Phys.. 40,(掲載予定). (2000)