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2021 年度 実績報告書

新規構造半導体レーザの高温動作メカニズムの解明と光電子融合集積回路への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15056
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

松本 敦  国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワーク研究所フォトニックICT研究センター, 主任研究員 (30580188)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード量子ドット / 半導体レーザ / モノリシック集積 / 光集積回路
研究実績の概要

近年の通信システムでは光集積回路による高速大容量通信の要求・期待が大きくなっている。特に5G無線の普及やICTを用いた様々なサービスの広がりにより通信容量がさらに増加し、ICT環境の大幅な改善が必須となった。このため、この分野の研究開発は非常に重要度が増している。本課題は重要な課題の一つである高温環境下においても性能の劣化が極力抑制された光集積回路の実現を目指している。
これまで、量子ドット(QD)構造を有する半導体レーザ(LD)にイオンを注入し、急速加熱処理を加えることでその組成が変化し、温度特性が極めて向上することを本研究課題申請者は見出してきた(IID-QDI技術:Ion-implantation Induced Disordering Quantum Dot Intermixing)。
R3年度ではこの技術を用いて作製した量子ドット半導体レーザ(QD-LD)に関して電子顕微鏡やEDS分析によって物理現象を理解するための実験を行い、さらにArとBイオンでIID-QDI技術によるQD-LDの温度特性を評価し、その特性の違いについてもさらに検討した。BイオンによりQD-LDの電気特性を大幅に改善することに成功した。また、温度特性についても、通常のQD-LDやArによるIID-QDI技術を用いたQD-LDよりもさらに良好な温度特性が得られた。電子顕微鏡による観察とEDS分析により、Bイオンを注入した際に生じた点欠陥である空孔を介してInとGa原子が相互に置換され、また量子ドット内外のIn・Gaの濃度勾配による拡散によって内部の量子構造が変化し、組成や内部のエネルギー状態が変化することでこのような非常に良好な温度特性が得られるようになったと考えられる。
これまでの研究成果は光関連の国際会議CLEO等や国内の応用物理学会などで成果発表を行った。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [学会発表] Improvement of Self-Heating in Quantum Dot Reflective Semiconductor Optical Amplifier for SS-OCT Application2022

    • 著者名/発表者名
      A. Matsumoto, K. Akahane, T. Umezawa, S. Nakajima, N. Yamamoto, and , A. Kanno
    • 学会等名
      The International Electrical Engineering Congress (IEECON2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] 組成混晶量子ドットレーザの断面TEM/EDS分析2022

    • 著者名/発表者名
      松本 敦,金子 瑠那, 赤羽 浩一, 勝原 龍海, 矢吹 諒太, 山本 直克, 松島 裕一, 菅野 敦史, 宇高 勝之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Optimization of Thickness of InGaAlAs Embedded Layers in 1.5-um-Band QD-LD2021

    • 著者名/発表者名
      A. Matsumoto, K. Akahane, T. Umezawa, S. Nakajima, and N. Yamamoto
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week (CSW2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 1.55-um Si-Photonics-Based Heterogeneous Tunable Laser Integrated with Highly Stacked QD-RSOA2021

    • 著者名/発表者名
      A. Matsumoto, W. Masuda, K. Akahane, T. Umezawa, N. Yamamoto, and T. Kita
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro Optics
    • 国際学会
  • [学会発表] 組成混晶リッジ型量子ドットレーザの温度特性2021

    • 著者名/発表者名
      松本敦, 赤羽 浩一、金子瑠那、勝原龍海、矢吹 諒太、松島裕一、宇高勝之
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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