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薄膜半導体光導波路を有する低次元量子井戸レーザに関する研究

薄膜半导体光波导低维量子阱激光器研究

基本信息

批准号：
17760275
负责人：
丸山武男
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

量子細線・量子箱構造を活性層に導入する低次元量子井戸レーザは、高効率、狭線幅、低しきい値電流などの高性能化の点で非常に有望である。本研究ではこれらの低次元量子構造の特徴を際立たせるために、従来の半導体二重ヘテロ構造に比べ光閉じ込め係数が3倍程度大きい半導体/ポリマー複合導波路構造を用いた低次元量子構造半導体レーザを実現し、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する極限的低電力・高効率動作の可能性を実証すると共に、低次元量子構造の光学特性を明らかにすることを目的とする。本年度得られた結果は、(1)Si/SiO_2導波路は高屈折率差(Δ=40%以上)を有するため、超小型光集積回路実現に適しており、またSiは通信波長帯域において透明であるため、Si基板上へのIII-V族発光素子実現は重要である。SOI基板に圧縮歪1%単層量子井戸GaInAsP/InP薄膜の直接貼り付けを行った。水素雰囲気中で300〜450℃の温度範囲において圧着することにより、貼付前後でPL強度およびスペクトルに変化のない低損傷界面が得られることを明らかにした。(2)上記方法を用いてSOI基板上にGaInAsP/InP半導体薄膜DFB構造を直接貼り付け、BH-DFB半導体薄膜レーザを作製した。この素子を光励起することにより室温連続発振を実現した。共振器長は120μm、ストライプ幅は2μmの素子において、しきい値励起光強度2.8mW、しきい値の2倍の励起強度において副モード抑圧比28dBが得られた。(3)通常半導体材料は温度が上がると屈折率が高くなるが、誘電体材料のBCBは温度が上がると屈折率が下がる性質を有している。半導体DFBレーザにこのBCBを誘電体クラッドに用いることで、温度による屈折率変化を全体としてキャンセルすることができる可能性を有している。今回、2種類の膜厚(65nm,150nm)の半導体薄膜レーザを作製し、発振波長の温度依存性を調べた。コア厚150nmの素子においてはdλ/dT=5.3×10^<-2>nm/Kとなったのに対し、コア厚65nmの素子においてはdλ/dT=2.5×10^<-2>nm/Kとなり、通常の半導体薄膜レーザと比較して1/4程度に低減することができた。

Quantum thin wire and quantum box structure are introduced into the active layer, and low dimensional quantum wells with high efficiency, narrow amplitude, low current and high performance are expected. This study demonstrates the characteristics of low-dimensional quantum structures and the possibility of low-power and high-efficiency operation beyond the limits of low-dimensional quantum structures. The optical properties of low-dimensional quantum structures The results obtained in this year are as follows: (1)Si/SiO_2 waveguides have high refractive index differences (Δ=40% or more), ultra-small optical integration circuits are suitable for use, Si is transparent in the communication wavelength range, and III-V group emitters on Si substrates are important. Direct bonding of GaInAsP/InP thin films to SOI substrates with 1% single-layer quantum wells In the temperature range of 300 ~ 450℃, PL intensity and low damage interface are obtained before and after coating. (2)The method described above is used to fabricate GaInAsP/InP semiconductor thin film DFB structure directly on SOI substrate. This is the first time that the temperature has changed. The resonator length is 120μm, the excitation amplitude is 2μm, the excitation intensity is 2.8 mW, the excitation intensity is twice the excitation intensity, and the voltage suppression ratio is 28dB. (3)In general, semiconductor materials have high refractive index at high temperature, and BCB materials have high refractive index at high temperature. The semiconductor DFB has the potential to change the refractive index of the dielectric layer due to temperature. In this paper, two kinds of semiconductor thin film thickness (65nm,150nm) are controlled, and the temperature dependence of the emission wavelength is adjusted. The thickness of the semiconductor film is 150nm, and the thickness of the semiconductor film is <-2>65nm. The thickness of the semiconductor film is 2.5×10 nm/<-2>K. The thickness of the semiconductor film is 1/4 of that of the conventional semiconductor film.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

GaInAsP/InP membrane BH-DFB lasers directly bonded on SOI substrate.

GaInAsP/InP 膜 BH-DFB 激光器直接键合在 SOI 衬底上。

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Optics Express
影响因子：
3.8
作者：
T. Maruyama;T. Okumura;S. Sakamoto;K. Miura;Y. Nishimoto;S. Arai
通讯作者：
S. Arai

Low-threshold current density GaInAsP/InP quantum-wire distributed feedback lasers fabricated by low-damage processes

采用低损伤工艺制造的低阈值电流密度GaInAsP/InP量子线分布式反馈激光器

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Jpn. J. Appl. Phys. 46・2
影响因子：
0
作者：
平野愛弓;他;Satoshi Yakata;Y.Nishimoto
通讯作者：
Y.Nishimoto

Multiple-wavelengths membrane BH-DFB laser arrays

多波长膜 BH-DFB 激光阵列

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
IEEE J. Select. Topics in Quantum Electron. 11・5
影响因子：
0
作者：
Shingo;Kondo;Shinji;Kawai;Koji;Yamakawa;Hiroyuki;Kano;Mineo;D. Watanabe;S.Sakamoto
通讯作者：
S.Sakamoto

Low-threshold-current operation of 1540 nm GaInAsP∕InP distributed-feedback lasers with multiple-quantum-wire active regions