半導体薄膜形成法の開拓とこれを用いる極限性能半導体レーザに関する研究

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本研究では、半導体および誘電体材料を融合させた素子構造を提案し、試作することにより、現状の光デバイス、特に半導体レーザの特性を凌駕する高性能素子を実現することを目的としている。本年度は昨年度実現した半導体薄膜DFBレーザの発振波長制御性を調べると共に、新構造導入による素子サイズの低減、発振波長温度特性鈍化等に関して、以下に挙げる成果を得た。1 極低しきい値特性の実現半導体の上下を誘電体で挟みこむことにより、従来構造と比較して3倍以上光閉じ込め特性を改善させることができる。この際の半導体厚は0.1μm程度であり、「半導体薄膜」と呼ばれる。この構造を用いてこれまでにDFBレーザを作製し、光励起による室温連続動作および単一モード動作を確認している。具体的には、しきい値パワー0.64mW、副モード抑圧比45dBが得られた。2 素子サイズの低減共振器に位相シフトを付加することにより、最も大きい内部反射が得られる素子を作製した。その結果、理論的に予測されている最適素子長40μmに近い50μmの素子において室温連続動作を確認した。この結果より、従来型構造に比べて一桁素子長を短くすることに成功した。3 発振波長制御(波長確度および温度依存性)半導体と誘電体材料では、温度に対する屈折率変化が逆の特性を示すため、この両者を組み合わせた半導体薄膜を用いることにより、発振波長が温度に依存しないレーザが期待できる。構造をこの目的に合わせた素子を作製したところ、発振波長の温度係数は従来素子の1/5程度となった。この結果より、発振波長温度無依存レーザ実現の可能性を示した。