光増幅機能素子の開発研究

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本研究の光増幅機能素子は、光増幅、光双安定、光一方向性等のように、光電子工学における能動素子として、必要なほとんどの機能を実現できるデバイスである。しかし、性能面においては、応答速度の改善、光帰還の制御、素子動作の安定化、動作入力光の低電力化などが課題として残されている。これらに対しデバイス構造の微小化を計るため、有機金属気相エピタキシャル成長による結晶作製、入出力部を偏位させ光帰還を低減した構造の考案、ポリイミド膜による保護膜の実験と理論的検討を行った。1.有機金属気相エピタキシャル成長装置完成後、GaAs結晶層の成長を行い室温でキャリア濃度7.5×【10^(15)】【cm^(-3)】、電子移動度5274【cm^2】/V・Sの結果を得た。この成果を基にして今後AlGaAs、AlInAs、InGaAs等、機能素子に必要な結晶層成長が可能である基礎的知見を得た、なお本方法は通常の有機金属気相エピタキシャル成長法に比べて、安全度が非常に高く、実用化への期待が強い。2.素子特性の経時劣化に対しては、入力部の異種接合ホトトランジスタの接合端面をポリイミド膜で被覆するプロセスを開発した。これにより従来一週間程で光電変換利得が半分以下に劣化するのが、2ケ月経ても利得に変化が見られなくなった。3.従来、光帰還率が大きかったものを、抑制することにより、入出力の波長を一致させた場合でも安定に増幅動作が得られるようになった。4.上記成果を基にして、入力光の波長が0.9〜1.2μmに対して、一定波長1.1μm以上の出力光を得ることができる見通しを得た。これは光多重通信にとって重要な機能と考えられている。5.光帰還率の抑制により、光増幅特性において線形性向上の改善策を得た。動作入力光の低電力化を除いて、動作特性に幾多の改善が得られた。今後引続き残された課題に取組んでいく。