マイクロディスク光共振器の極限微小化とその光機能集積回路への応用

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発光・受光素子をモノリシックに集積可能な半導体基板上に低損失で高いQ値を有する微小な光ディスク共振器を形成して、低しきい値レーザ、波長分波、分岐、スイッチングなどの機能を有する光集積回路を実現するために基礎を確立することを目的として研究を進め、以下の成果を得た。1)マイクロディスク共振器の微小化限界の解明二つの平坦な全反射鏡と凹面鏡からなるマイクロディスク共振器の共振器損失の解析を行い、凹面鏡の曲率半径を最適化することで、低い共振器損失を保ちながら数ミクロン程度まで微小化できることを示した。2)光導波路との結合方式の提案マイクロ光ディスク共振器と入出力光導波路とを近接させることによる結合方式について検討し、サブミクロンの微細加工技術により数%程度の結合が可能であることを示した。3)マイクロディスク共振器レーザの試作電子ビーム直接描画による共振器パターン形成と反応性イオンビームエッチングによる反射鏡形成によって、素子サイズ50ミクロン及び100ミクロンのマイクロディスク共振器を製作した。活性領域にGaInAs/GaAs歪み量子井戸構造を導入して、電流注入によりレーザ発振を実現した。4)ドライエッチング側面の評価と低損失化の検討しきい値電流密度の実測値から、ドライエッチングによって形成された全反射鏡の反射率を評価し、74%程度であることを明らかにした。また、3次元粗さ測長器を用いて、実際に加工側面の粗さが10ナノメートル程度であることを実測し、その低減化により反射率の向上が可能であることを示した。