薄膜半導体/ポリマー複合材料による能動光デバイスの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875059
• 研究種目: 萌芽的研究
• 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 / 薄膜レーザ / 歪量子井戸レーザ / 分布帰還レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィー / 極微構造形成法 / ドライエッチング

研究概要

本研究では、半導体層を100mm(従来の1/10〜1/50)程度に薄くし、半導体に比べて屈折率が大きく異なる誘電体層で挟む光導波路構造を用いることにより、半導体層と誘電体層の光学的複合性質を利用する新しい能動光デバイスの可能性を探ることを目的としている。
本年度は、薄膜半導体/ポリマー複合導波路構造の屈折率の温度無依存化に向けた導波路構造の指針を得ることを目的として行い、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、細線状活性層が周期状に配置された分布帰還(DFB)構造を作製し、さらに厚さ130nmの薄膜構造化してポリマーで光閉じ込めを行う半導体薄膜分布帰還(DFB)レーザを試作し、室温光励起条件でCW動作を達成した。
2)この薄膜半導体/ポリマー複合導波路構造を有する半導体薄膜DFBレーザの回折格子周期とその阻止帯(ストップバンド)波長の関係を測定し、薄膜半導体/ポリマー複合導波路構造の等価屈折率を初めて実験より明らかにした。
3)この値はほぼ設計通りの2.30であり、半導体コア層の屈折率と光閉じ込め層の屈折率の平均値となっていることを確認すると共に、屈折率の温度依存性が互いに異なる符号を有する半導体とポリマーの複合導波路により、導波路の等価屈折率の温度無依存化を実現するための基礎を固めた。
4)さらに低しきい値動作化を推進することを目的として、半導体薄膜の厚さ130nm、ストライプ幅2μm、共振器長120μmの素子において、しきい値励起光入力4.8mW(電流換算値88μA)という極低電流動作可能性を実証した。

研究成果

• [文献書誌] N.Nunoya: "High-performance 1.55 μm wavelength GaInAsP/InP distributed feedback lasers with wirelike active regions"IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 7・2. 249-258 (2001)
• [文献書誌] T.Okamoto: "Continuous wave operation of optically pumped membrance DFB laser"Electron. Lett.. 37・24. 1455-1457 (2001)
• [文献書誌] J.Wiedmann: "Deeply etched semiconductor/benzocyclobutene distributed Bragg reflector laser combined with multiple cavities for 1.5 μm wavelength single-mode operation"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・6A. 4031-4037 (2001)
• [文献書誌] J.Wiedmann: "1.5 μm-wavelength distributed reflector lasers with vertical grating"Electron. Lett.. 37・13. 831-832 (2001)
• [文献書誌] H.Yagi: "GaInAsP/InP strain-compensated quantum-wire lasers fabricated by CH_4/H_2 dry etching and organometallic vapor-phase-epitaxial regrowth"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・2B(掲載予定). (2002)
• [文献書誌] T.Okamoto: "Single-mode operation of optically pumped membrane buried heterostructure distributed-feedback lasers"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・3A(掲載予定). (2002)