広い波長域での温度無依存発振波長半導体レーザに関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14041209
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 朝日 一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90192947)
• 研究分担者: 周 逸凱 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60346179)
• キーワード: 半導体レーザ / 温度安定発振波長 / タリウム系半導体 / 温度無依存バンドギャップ / 光エレクトロニクス / 光通信 / MBE成長

研究概要

InP基板に格子整合する新しいIII-V族混晶半導体TlInGaAsによる1.5μm領域での温度安定な発振波長の半導体レーザの実現を狙いとした研究を進めた。この半導体は、適当な混晶組成域において周囲温度に依存しないバンドギャップを示すと予測しているものである。本研究に先だって、TlInGaAs/InPヘテロ構造においてフォトルミネセンス(PL)発光およびエレクトロルミネセンス(EL)発光のピークエネルギーの温度変化が予測どおり小さい値を持つことを示してきた。
今回、ガスソースMBE法によりTlInGaAs/InPダブルヘテロ(DH)のレーザ構造を成長し、電極ストライプレーザダイオード(LD)を試作し、77-310Kでの電流注入パルス発振を達成した。室温での発振しきい値電流密度は5-7kA/cm2で、その温度特性は約90Kであり、比較的良好な特性であった。ペルチエ素子によりLDの温度を精密に制御して、発振スペクトルの温度依存性を調べた結果、狭い温度領域でのピーク波長の温度依存性は0.06nm/Kと、InGaAsP/InP DFB LDの0.1nm/Kよりも小さな値であることを確認した。活性層にTlを添加することにより、屈折率の温度依存性がInGaAsPよりも小さくなり、LD発振波長の温度特性が改善されたものと考えられる。屈折率の温度依存性の改善は、バンドギャップエネルギーの温度安定性から期待されるものである。温度安定な発振波長の半導体レーザの実現の可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] H.J.Lee: "First successful growth of TlInGaAs layers on GaAs substrates by gas source molecular beam epitaxy"J. Cryst. Growth. 237-239. 1491-1494 (2002)
• [文献書誌] H.J.Lee: "Temperature-stable wavelength TlInGaAs/InP double heterostructure light-emitting diodes grown by gas source molecular beam epitaxy"Jpn. J. Appl. Phys.. 41(2B). 1168-1170 (2002)
• [文献書誌] H.J.Lee: "Gas source molecular beam growth of TlInGaAs layers on GaAs substrates"Jpn. J. Appl. Phys.. 41(2B). 1016-1018 (2002)
• [文献書誌] A.Mizobata: "Annealing effect of TlInGaAs/InP DH and MQW structures"Inst. Phys. Conf. Ser.. 170. 623-628 (2002)
• [文献書誌] H.Asahi: "Gas source MBE growth and characterization of TlInGaAs/InP DH structures for temperature-independent wavelength LD application"Mat. Res. Soc. Symp. Proc.. 692. 501-505 (2002)
• [文献書誌] H.Asahi: "Study on Tl-containing semiconductors and temperature-stable lasing-wavelength semiconductor lasers"Materials Integration. 15(7). 41-44 (2002)
• [文献書誌] H.J.Lee: "Gas source MBE growth of TlInGaAs/InP laser diodes and their room temperature operation"J. Cryst. Growth. (in press). (2003)