フォトニック結晶レーザの高出力単一縦横モード動作実現に関する研究

活性層の近傍に2次元的に周期的な屈折率分布を配置したフォトニック結晶面発光レーザ(PC-SELs)は、単一モードでの高出力動作のみならず、偏光およびビームパターンの制御、ビーム出射方向制御といった様々な機能の実現を可能とする、新しい半導体レーザとして注目を集めている。最近の数値解析により、ビーム形状、偏光特性、出射効率などのレーザ諸特性は、空孔の立体形状によって最適化し得ることが予見されているが、従来の作製手法であるウエハ融着法や有機金属気相成長法（MOCVD法）による埋め込みにおいては、空孔形状の3次元制御は実現困難であった。それに対して、我々は前年度までに分子線エピタキシー法（MBE法）を用いた作製法を提案し、分子線の照射方向を調整することによって、フォトニック結晶構造埋め込み後の空孔立体形状を制御し得ることを示した。また、本手法を用いて作製したPC-SELsの単一モード発振に成功するとともに、空孔立体形状を制御した結果、出射されるビームの偏光や強度分布が変化することを示した。しかしながら、MBEを用いた作製法の最適化に至っているとは言えず、特に電流-電圧特性の立ち上がり電圧が従来手法で作製したものよりも高いといったことが明らかになっている。そこで、分子線エピタキシー法を用いた作製法の最適化に向けて、原子状水素による成長前の表面処理について検討した。その結果、原子状水素を成長前に基板に照射することによって表面状態を改善し、転位の発生をかなり抑制できることが明らかになった。また、上記のMBEに関する検討と並行して、フォトニック結晶の空孔立体形状がデバイス特性に与える影響、特に出射されるビームの偏光に着目して検討を進めた結果、空孔を適切な螺旋形状にすることによって、PC-SELsから円偏光を直接生成しうることが明らかとなった。

活性層の近傍に2次元的に周期的な屈折率分布を配置したフォトニック結晶面発光レーザ(PC-SELs)は、単一モードでの高出力動作のみならず、偏光およびビームパターンの制御、ビーム出射方向制御といった様々な機能の実現を可能とする、新しい半導体レーザとして注目を集めている。最近の数値解析により、ビーム形状、偏光特性、出射効率などのレーザ諸特性は、空孔の立体形状によって最適化し得ることが予見されているが、従来の作製手法であるウエハ融着法や有機金属気相成長法（MOCVD法）による埋め込みにおいては、空孔形状の3次元制御は実現困難であった。それに対して、我々は前年度までに分子線エピタキシー法（MBE法）を用いた作製法を提案し、分子線の照射方向を調整することによって、フォトニック結晶構造埋め込み後の空孔立体形状を制御し得ることを示した。また、本手法を用いて作製したPC-SELsの単一モード発振に成功するとともに、空孔立体形状を制御した結果、出射されるビームの偏光や強度分布が変化することを示した。しかしながら、MBEを用いた作製法の最適化に至っているとは言えず、特に電流-電圧特性の立ち上がり電圧が従来手法で作製したものよりも高いといったことが明らかになっている。そこで、分子線エピタキシー法を用いた作製法の最適化に向けて、原子状水素による成長前の表面処理について検討した。その結果、原子状水素を成長前に基板に照射することによって表面状態を改善し、転位の発生をかなり抑制できることが明らかになった。また、上記のMBEに関する検討と並行して、フォトニック結晶の空孔立体形状がデバイス特性に与える影響、特に出射されるビームの偏光に着目して検討を進めた結果、空孔を適切な螺旋形状にすることによって、PC-SELsから円偏光を直接生成しうることが明らかとなった。