| 研究課題/領域番号 |
17206010
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
荒井 滋久 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
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| 研究分担者 |
丸山 武男 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助手 (60345379)
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| キーワード | 半導体レーザ / 量子細線レーザ / 歪量子細線レーザ / 多重極微共振器レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィ / 有機金属気相成長法 / ドライエッチング |
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| 研究概要 |
本研究では、われわれが提案した歪補償量子ナノ構造の微細化・高品質化および高密度化を推進して、量子閉じ込め効果に起因する高性能量子ナノ構造を実現し、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザを実現することを目的としている。本年度の実績は、以下の通りである。
(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、活性層分離型量子細線DFBレーザを作製し、量子細線幅24nm、ストライプ幅3.0μm、共振器長330μmの素子において、しきい値電流2.7mAが室温連続動作下で得られ、副モード抑圧比51dBを得た。またこのレーザは量子薄膜レーザと同等の自然放出光効率を得られたため、埋込再成長界面における非発光再結合電流は抑制されていることを明らかにした。
(2)多層量子細線構造における膜厚方向ゆらぎの低減のため、単層量子細線DFBレーザを作製した。断面構造観察により、細線幅ゆらぎが多層から単層にすることで18%から8.7%と低減した。また作製した素子のしきい値電流密度は155A/cm^2と低しきい値動作を確認した。
(3)量子細線DFBレーザにおいてしきい値電流の温度依存性を抑制するためにブラッグ波長デチューニングを行った。細線幅37nm、DFB周期247.5nmの素子において、293K〜353Kにおけるしきい値電流および外部微分量子効率の特性温度はそれぞれ95K、243Kとなった。これらはデチューニング無しの素子の1.6倍、3倍である。
(4)量子細線は双極子モーメントの大きさが方向によって異なることが知られており、量子細線(周期100nm、細線幅35nm)が共振器に対して、垂直方向と平行方向に配置した2種類の素子を作製して利得の差異を調べた。その結果、利得の電流密度変化量は垂直方向に配置したレーザの方が約5倍大きくなることを観測した。
(5)DFBレーザの高効率動作を目指して、量子細線を受動DBR領域として用いる分布反射型レーザの作製を行った。この素子はストライプ幅4.4μm、活性領域長300μm、受動領域長210μmにおいて、しきい値電流2.5mAで室温連続動作を実現した。また外部微分量子効率は36%、前後出力比66というこのレーザ特有の非対称出力特性も得られた。そして、副モード抑圧比54dBと良好な単一モード特性も観測された。λ/8位相シフトを導入した素子において、1.2mAの低しきい値動作を実現した。
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