薄膜半導体/ポリマー複合材料による能動光デバイスの研究

薄膜半导体/聚合物复合材料有源光学器件的研究

• 批准号: 13875059
• 负责人: 荒井 滋久
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13875059/
• 关键词: 半導体レーザ; 薄膜レーザ; 歪量子井戸レーザ; 分布帰還レーザ; GaInAsP混晶; 電子線リソグラフィー; 極微構造形成法; ドライエッチング

本研究では、半導体層を100nm(従来の1/10〜1/50)程度に薄くし、半導体に比べて屈折率が大きく異なる誘電体層で挟む光導波路構造を用いることにより、半導体層と誘電体層の光学的複合性質を利用する新しい能動光デバイスの可能性を探ることを目的として行い、以下に挙げる成果を得た。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、細線状活性層が周期状に配置された分布帰還(DFB)構造を作製し、さらに厚さ130nmの薄膜構造化してポリマーで光閉じ込めを行う半導体薄膜分布帰還(DFB)レーザを試作し、光励起下で室温連続動作を達成した。ストライプ幅2μm、共振器長120μmの素子において、しきい値励起光入力1.5mW(電流換算値27μA)という極低電流動作可能性を実証した。2)この薄膜半導体/ポリマー複合導波路構造を有する半導体薄膜DFBレーザの回折格子周期とそのブラッグ波長の関係を測定した結果、薄膜半導体/ポリマー複合導波路構造の等価屈折率はほぼ設計通りの2.30であり、半導体コア層の屈折率と光閉じ込め層の屈折率の平均値となっていることを世界で初めて実験より明らかにした。3)回折格子周期の異なる20素子を10μmの間隔で配置した多波長レーザアレイを試作した結果、発振波長はそれぞれの素子の設定値に対して±0.4nmの範囲で制御できることを実験的に明らかにした。これより、低密度波長多重通信用光源への応用可能性を示した。4)回折格子周期を一定にし、ストライプ幅を変化させることにより発振波長を制御する方法により、電子ビーム露光装置の最小ステップ幅(1.25nm)に制限されない狭い波長間隔の多波長レーザアレイを実現した。

In this study, the semiconductor layer is thinner than 100nm(1/10 ~ 1/50), the refractive index of the semiconductor layer is larger than that of the dielectric layer, and the optical waveguide structure is used. In this study, the possibility of using the optical recombination properties of the semiconductor layer and the dielectric layer is explored. 1)The structure of thin films with a thickness of 130nm was fabricated by using a method of periodic arrangement of thin linear active layers and distribution of DFB structure. The semiconductor thin film distribution of DFB structure was tested by using a method of organic metal phase growth with a two-cycle structure. The semiconductor thin film distribution of DFB structure was tested by using a method of continuous operation at room temperature under photoexcitation. The excitation power is 1.5mW(current conversion value 27μA) and the possibility of extremely low current operation is demonstrated. 2) The relationship between the refractive index of the semiconductor film DFB and the refractive index of the semiconductor film DFB is determined. The refractive index of the semiconductor film DFB and the refractive index of the semiconductor film DFB are determined. 3) The period difference of the folded lattice is less than 20 pixels, and the interval is 10μm. The test results show that the wavelength of the reflected light is less than ± 0.4 nm, and the setting value of the pixels is less than ± 0.4 nm. This paper shows the possibility of using low-density wavelength multiple communication light sources. 4) By controlling the emission wavelength by changing the beam width with a certain period of the folded lattice, the minimum beam width (1.25nm) of the electronic video exposure device is limited, allowing multi-wavelength beam illumination with narrow wavelength intervals to be realized.

项目成果

H.-C.Kim: "Distributed Reflector Lasers with First-Order Vertical Grating and Second-Order Bragg Reflectors"Jpn.J.Appl.Phys.. 41・12. 7396-7397 (2002)

H.-C.Kim：“具有一阶垂直光栅和二阶布拉格反射器的分布式反射器激光器”Jpn.J.Appl.Phys.. 41・12 (2002)。

V.M.Kaganer: "Strain in buried quantum wires : Analytical calculations and x-ray diffraction study"Phys.Rev.B. 66・3. 035310 (2002)

V.M.Kaganer：“埋入量子线中的应变：分析计算和 X 射线衍射研究”Phys.Rev.B. 035310 (2002)

T.Okamoto: "Continuous wave operation of optically pumped membrance DFB laser"Electron. Lett.. 37・24. 1455-1457 (2001)

T.Okamoto：“光泵浦膜DFB激光器的连续波操作”Electron.. 1455-1457 (2001)。

H.Yagi: "Low-Damage Etched/Regrown Interface of Strain-Compensated GaInAsP/InP Quantum-Wire Laser Fabricated by CH_4/H_2 Dry Etching and Regrowth"Appl.Phys.Lett.. 81・6. 966-968 (2002)

H.Yagi：“通过 CH_4/H_2 干法蚀刻和再生长制造的应变补偿 GaInAsP/InP 量子线激光器的低损伤蚀刻/再生长界面”Appl.Phys.Lett. 81・6 (2002)。

K.Ohira: "Reliable Operation of GaInAsP/InP Distributed Feedback Laser with Wirelike Active Regions"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・2A. 475-476 (2003)

K.Ohira：“具有线状活性区域的 GaInAsP/InP 分布式反馈激光器的可靠运行”Jpn.J.Appl.Phys.. 42・2A (2003)。