Developments of ultra-high-speed VCSELs using coupled cavities

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金属開口を用いた結合共振器による単一モード化を実現するとともに，光ファイバとの高効率結合，高信頼性，高出力動作を可能にする単一モード面発光レーザの実現を目指し，1060nm帯面発光レーザウェハの設計・調達，試作素子の製作，およびその発振特性の評価を実施した．令和4年度に引き続き，金属開口による結合共振器形成のため，上部半導体DBRは数ペアのHalf-cavity構造とし，金属開口形成後に誘電体反射鏡を形成している．金属開口を有する結合共振器面発光レーザは，従来のIntra-contactの面発光レーザとほぼ同様であり，3インチウェハの量産技術を実際に適用した．金属開口面発光レーザでは，金属境界での反射により，結合共振器効果による変調帯域の増大効果を実験的に明らかにした．また，伝送距離を拡大するために，光ファイバの伝送損失が1dB/kmと小さく波長分散も通常の850nm帯よりも低減できる1060nm帯を選択した．また，今年度は，歪量子井戸の層数，歪量の増大などの施策を行い，高速化を進めるとともに，メサ径の微小化，パッド容量低減などの高速化の工夫を行った．試作した金属開口面発光レーザの室温における小信号変調特性では，結合共振器効果により，変調帯域としては2倍の29GHz以上の高速化を実現した．同時に，酸化開口径5-7umに対してもサイドモード抑圧比30dB以上を実現するなど，高速応答と単一モード動作の両立を達成した． さらに，単一モード光ファイバの伝送実験を実施し，プリエンファシスを行うことで，ファイバ長２km, 65Gbps，10km，45Gbpsの高速伝送に成功した．