グレーティング素子と量子井戸レーザを用いたモノリシック光集積回路の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555015
• 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 / グレーティング素子 / 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

研究概要

グレーティング素子と量子井戸レーザを用いた種々のモノリシック光集積回路の提案、各要素の設計・作製技術の確立、集積デバイスの試作と評価・改善を行い、多くの成果を得た。
1.集積化用グレーティング素子の理論解析を行い、設計法を確立した。
2.集積用レーザ発振器としてリッジ型活性チャンネルと曲線グレーティングからなる分布ブラッグ反射型レーザの設計法を確立した。
3.集積用テーパ型パワー増幅器の理論解析を行った。ビーム伝搬法によるシミュレーションを行い、動作状態における波面を計算し、最適設計法と理論特性を明らかにした。
4.集積化用の新レーザ発振器構造として、曲線溝ブラッグ反射器を用いたガウスモードレーザ発振器を提案し、試作を行い、10mAの低閾値発振を確認した。
5.グレーティング結合器により出力光を垂直方向に発散球面波として取り出す分布ブラッグ反射型レーザを提案・試作し、CW動作で2.2mWの発散球面波出力を得た。
6.分布ブラッグ反射型レーザ発振器・テーパ型パワー増幅器・グレーティング結合器を集積した平行ビーム出力型高出力集積半導体レーザを設計した。CW動作で安定な単一モード発振、回折限界の平行出力ビーム、183mWの結合器出力パワーを達成した。
7.レンズレス外部共振器型波長可変半導体レーザを提案、設計・試作し、CW動作で84mWの出力パワー、回折限界の出力ビーム、21.5nmの波長可変範囲を達成した。
8.量子井戸の選択的無秩序化について検討を行い、厚さの異なるSiO_2膜と急速熱アニーリングによる方法を見出し、顕著な受動導波路損失低減を達成した。
9.上記の技術を分布ブラッグ反射型レーザに応用し、発振閾値低減(3.5mA)、出力パワー増大(60mW)、サイドモード抑圧比増大(40dB)など大幅な特性改善を得た。

研究成果

• [文献書誌] P.Modh,N.Eriksson,A.Larsson T.Suhara: "Semiconductor laser with curved deep-etched distributed Bragg reflectors supporting a planar Gaussian mode"Opt.Lett.. Vol.25,No.2. 108-110 (2000)
• [文献書誌] M.Vemukai,M.Miyata,N.Shimada T.Suhara,H.Nishihara: "Monolithically integrated master oscillator power amplifier with grating coupler for collimated ontput beam"Jpn.J.Appl.Phys. Vol.39,PtI No.3B. 1503-1507 (2000)
• [文献書誌] N.Shimada,Y.Fukamoto,M.Vemukai T.Suhara,H.Nishihara: "Selective disordering of InGaAs strained quantum well by rapid thermal annealing with SiO_2 caps of different thickness"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39,Pt1 No.10. 5914-5915 (2000)
• [文献書誌] M.Vemukai,T.Shuara,K.Yutani N.Shimoda,Y.Fukumoto,H.Nishihara: "Tunable wxternal-cavity semiconductor laser using monoli thically integrated tapered amplifier and grating coupler for collimation"IEEE Photon.Tech.Lett.. vol.12,No.12. 1607-1609 (2000)
• [文献書誌] N.Shimada,Y.Fukumoto,M.Vemukai T.Suhara,H.Nishihara: "Monolithic integration of laser and passive elements using selective QW disordering by RTA with SiO_2 caps of different-thickness"IEEE J.Selected Topics Quantum Electron.. Vol.7(掲載予定). (2001)
• [文献書誌] T.Suhara: "Integrated photonic devices using quantum-well lasers and waveguide grating components (invited paper)"Proc.Japan-China Joint Meeting on Optical Fiber Sciences and Electromagnetic Theory. OFSET'00. 183-186 (2000)
• [文献書誌] 栖原敏明 ほか: "「光材料・デバイス」光技術動向調査報告書XVI 第1章"(財)光産業技術振興協会(分担分). 1-102 (2000)
• [文献書誌] 栖原敏明: "「光集積回路の現状と将来展望」新しいフォトニクス時代の材料とデバイス第I部 第3章 第2節"ティー・アイ・シー(分担分). 62-69 (2000)