温度特性の良い1.2μm波長帯単一モード半導体レーザ開拓と超高速光リンクへの展開

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355016
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 坂口 孝浩 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (70215622)
• 研究分担者: 植之原 裕行 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (20334526) ; 宮本 智之 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (70282861) ; 小山 二三夫 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30178397)
• キーワード: 1.2μm波長帯半導体レーザ / 高歪GaInAs量子井戸構造 / 面発光レーザ / 温度特性 / 高速変調

研究概要

平成13年度は、まず波長1.2μm帯の高歪GaInAs量子井戸構造の成長機構解明と良好な結晶性の実現を行った。成長には有機金属気相成長法を用いた。GaAs基板上に成長される高歪GaInAs薄膜の成長を行うためには、歪による3次元成長モードを抑制し、2次元成長モードを使用しなければならない。そこで、3次元成長を誘起するIn原子の基板上での拡散を抑制する成長条件が適していると予想し、成長速度の高速化・成長温度の低温化・V/III比の増大の方向で成長条件の最適化を行った。その結果、成長速度6μm/h、成長温度560℃、V/III比10においてPL強度が最大となる最適条件を見出した。次に、高歪GaInAs量子井戸を持つ面発光レーザを製作し、その特性評価を行った。面発光レーザの結晶成長時には高歪GaInAsの上に高反射率の半導体DBR層を成長しなければならない。低抵抗のレーザを実現するために高濃度のP型ドーピングを行う必要があり、そのためGaInAsよりも高い成長温度でp型DBR層の成長を行う。この過程でGaInAs活性層が劣化する傾向が一時期見られたが、上記成長条件の最適化によりPL強度の劣化の少ない面発光レーザ用結晶の成長が実現できた。面発光レーザの特性としては室温CW動作での発振が得られており、閾値電流3mA、閾値電流密度3kA/cm^2、波長1.158μmであった。閾値電流密度がまだ十分低くなっていないため、成長条件の微妙な調整や製作プロセスの改善に余地があると考えられる。製作した面発光レーザを直接変調した結果、2.5Gbpsにおいて5kmの単一モードファイバ伝送を確認した。より高速化・長距離化のためには素子特性の向上が必要であり、その検討を今後行っていく予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Kageyama, T.Miyamoto, S.Makino, Y.Ikenaga, N.Nishiyama, A.Matsutani, F.Koyama, K.Iga: "Room temperature continuous-wave operation of GaInNAs/GaAs VCSELs grown by chemical beam epitaxy with output power exceeding 1 mW"Electronics Letter. 37, 4. 225-226 (2001)
• [文献書誌] T.Kondo, D.Schlenker, T.miyamoto, Z.Chen, M.Kawaguchi, E.Gouardes, F.Koyama K.Iga: "Lasing characteristics of 1.2 μm highly strained GaInAs/GaAs quantum well lasers"Jpn. J. Appl. Phys.. 40,2A. 467-471 (2001)
• [文献書誌] N.Nishiyama, M.Arai, S.Shinada, M.Azuchi, A.Matsutani, T.Miyamoto, F.Koyama, K.iga: "1.12 μm polarization controlled highly strained GaInAs vertical-cavity surface-emitting lasers on GaAs(311)B by metal organic chemical vapor deposition"Jpn. J. AppI. Phys.. 40,5A. L437-L439 (2001)
• [文献書誌] N.Nishiyama, M.Arai, S.Shinada, M.Azuchi, T.Miyamoto, F.Koyama, K.Iga: "Highly strained GaInAs/GaAs quantum well vertical-cavity surface-emitting laser on GaAs (311) B substrate for stable polarization operation"IEEE J. Select. Top. Quantum Electron.. 7,2. 242-248 (2001)
• [文献書誌] A.Murakami, S.Sekiguchi, T.Sakaguchi, T.Miyamoto, F.Koyama, K.Iga: "Proposal of optically pumped tunable surface emitting laser"Jpn. J. Appl. Phys.. 40,9A/B. L935-L936 (2001)
• [文献書誌] S.Makino, T.Miyamoto, T.Kageyama, Y.Ikenaga, M.Arai, F.Koyama, K.Iga: "Composition dependence of thermal annealing effect on 1.3 μm range GaInNAs/GaAs quantum well lasers grown by chemical beam epitaxy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40,11B. L1211-L1213 (2001)