細線状活性層による低電流・高効率分布反射型レーザの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555098
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 荒井 滋久 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
• キーワード: 半導体レーザ / 単一モードレーザ / 分布反射型レーザ / 分布帰還形レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィー / 有機金属気相成長法 / ドライエッチング

研究概要

本研究は、現状の1.5-1.6μm帯単一波長光ファイバ通信用光源を本質的に凌駕する低電流・高効率動作レーザを実現すると共に、その設計および製造法を確立することを主目的としている。具体的には、活性層を細線状に形成し、周期的に配置することにより、活性層体積低減効果と分布帰還効果を利用した単一波長レーザの設計法を明らかにすると共に、実用に耐える極微構造エッチング/再成長プロセスを確立することを目的として行い、本年度は以下に挙げる成果を得た。
1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法によって、周期240nm、幅90nmの2層歪補償細線状活性層を有する分布帰還(DFB)レーザを試作し、光ファイバ通信用1.55μm波長単一波長レーザとして、世界最小のしきい値電流(0.7mA)動作および最高の微分量子効率(23%/端面)を達成した。
2)この細線状活性層を有するDFBレーザが、光の定在波ピーク位置と活性層位置の空間的整合(利得整合)効果による優れた単一波長安定性を有することを理論的に解明した。
3)試作した細線状活性層を有する分布帰還(DFB)レーザの発振しきい値電流および発振波長の共振器長依存性を測定した結果、測定した素子全てにおいて、上述の利得整合効果による優れた単一波長安定動作を示すことを実験的に検証した。
4)レーザからの光出力を片端面に集中させるために、細線状活性層の幅が90nmで構成される領域と120nmで構成される領域を結合させた共振器構造を有する分布反射型(DR)レーザを試作し、低しきい値電流(1.8mA)動作、および両方の端面からの光出力の比8:1を達成した。

研究成果

• [文献書誌] N.Nunoya: "GaInAsP/InP multiple-layered quantum-wire lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・6A. 3410-3415 (2000)
• [文献書誌] M.Nakamura: "Very low threshold current density operation of 1.5 μm DFB lasers with wire-like active regions"Electronics Letters. 36・7. 639-640 (2000)
• [文献書誌] N.Nunoya: "Evaluation of Optical Gain Properties of GaInAsP/InP Compressively Strained Quantum-Wire Lasers"Electronics Letters. 36・14. 1213-1214 (2000)
• [文献書誌] J.Wiedmann: "Singlemode operation of deeply etched coupled cavity laser with DBR facet"Electronics Letters. 36・14. 1211-1212 (2000)
• [文献書誌] M.Madhan Raj: "Theoretical analysis of GaInAsP/InP multiple micro-cavity laser"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・10A. 5847-5854 (2000)
• [文献書誌] N.Nunoya: "Low threshold current density operation of GaInAsP/InP lasers with strain-compensated multi-lavered wirelike active regions"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・10B. L1042-L1045 (2000)
• [文献書誌] M.Madhan Raj: "Highly uniform 1.5μm wavelength deeply etched semiconductor/benzocvclobutene distributed Bragg reflector lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・12B. L1297-L1299 (2000)
• [文献書誌] M.Madhan Raj: "High-reflectivity semiconductor/benzocyclobutene Bragg reflector mirrors for GaInAsP/InP lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 40・4A(掲載予定). (2001)