シリコン上ガリウム砒素によるセンサ用新機能半導体レーザーの研究

硅基砷化镓传感器用新型功能半导体激光器的研究

• 批准号: 62211010
• 负责人: 梅野 正義
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Special Project Research
• 财政年份: 1986
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1986 至 1987
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-62211010/
• 关键词: GaAs; Si; エッチピット密度; 歪超格子; 半導体レーザ; 偏光特性

Si基板上にGaP/(GaAsP/GaP歪超格子)/(GaAs/GaAsP歪超格子)を中間層としてGaAsを成長させた. 新しい結晶成長装置を使用し, 成長条件を調節することにより, これまで10^6cm^<-2>以上あった成長結晶のエッチピット密度を10^6cm^<-2>以下にすることができた.Si上に成長させたGaAsの上に各種構造のレーザを試作するとともに, 特性比較のため, GaAsバルク基板を用いた同一構造のレーザも作製した. 試作したレーザの室温(293K)パルス動作(パルス幅100ns, 繰り返し1kHz)での特性を測定した結果以下の点が明らかになった.レーザ閾値電流の平均値はGaAs上のDHレーザでは270mA, Si上のDHレーザでは528mA, Si上のMQWレーザでは324mAであった. またTUSレーザの閾値電流の代表値として379mAが得られた. Si上のレーザの最小閾値電流値としてMQW構造(井戸幅37nm)で115mAが得られた.Si上のDHレーザの微分量子効率の最大値は11.5%, MQWレーザでは20.9%であった.閾値電流の温度依存性を示す特性温度Toの値として, GaAs上のMQWレーザの場合素子温度が35°C以上では80K, 35°C以下では214Kが得られた.試作したレーザの偏光特性を測定したところGaAs上のレーザは全てTEモードのみで発振していた. これに対してSi上のレーザはクラッド層のAI組成比が0.5以下の場合TMモードのみまたはTE・TM両方のモードで発振している. Si上のレーザでもクラッド層のAI組成比が0.5より大きい場合にはTEモードのみで発振した. Si上のレーザでは結晶内に存在する応力によってTM両モードの利得がTEモードの利得より大きくなること. 及びクラッド層のAI組成比が大きくなるとTMモードの損失が増大することを考慮することによりこの偏光特性を説明できる.

使用GAP/（GAASP/GAP菌株超级晶格）/（GAAS/GAASP菌株超级晶格）在SI基板上生长GAAS作为中间层。通过使用新的晶体生长装置调整生长条件，可以使生长晶体的蚀刻坑密度以前为10^6cm^<-2>或更高，可以在10^6cm^<-2>以下。除了在Si上生长的GAAS上具有各种结构的原型激光器外，还使用GAAS散装基板制造了相同结构的激光器，以比较特征。在室温（293K）脉冲操作（脉冲宽度100NS，重复1KHz）下原型激光特征的测量显示以下几个点。 GAAS上DH激光的平均激光阈值电流为270mA。 Si上的DH激光为528mA，Si上的MQW激光为324mA。此外，TUS激光器的典型阈值电流为379mA。 SI激光器的最小阈值电流值为115mA，MQW结构（宽度为37nm）。 MQW激光器对SI的DH激光器在SI上的最大差量效率为11.5％和20.9％。指示阈值电流温度依赖性的特征温度为GAAS上的MQW激光器为80K，而在35°C高于35°C的设备温度的特征温度为214K。测量了原型激光器的极化特性，并且仅在TE模式下将GAAS上的所有激光器振荡。相反，当覆层层的AI组成比低于0.5时，SI上的激光仅在TM模式下或TE和TM模式下振荡。当覆层层的AI组成比大于0.5时，Si上的激光仅在TE模式下振荡。在Si的激光器中，由于晶体中存在的应力，两种TM模式的增益都大于TE模式的增益。当覆层层的AI组成比增加时，可以解释这种极化特征。