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.

通过使用新的晶体生长装置并调整生长条件，我们在具有GaP/(GaAsP/GaP应变超晶格)/(GaAs/GaAsP应变超晶格)中间层的Si衬底上生长了GaAs。为了将生长的晶体的蚀坑密度降低到小于10^6cm^-2>，该密度大于10^6cm^-2>，将各种结构的激光器应用于沿Si生长的GaAs。通过原型设计，为了比较特性，我们还使用 GaAs 体衬底制造了具有相同结构的激光器，我们在室温（293K）下在脉冲操作（脉冲宽度 100ns，重复频率 1kHz）下测量了原型激光器的特性，结果如下。 GaAs 上的 DH 激光器的平均激光阈值电流为 270 mA，Si 上的 DH 激光器为 528 mA，Si 上的 MQW 激光器为 324 mA。另外，获得了379mA作为TUS激光器的典型阈值电流值，获得了115mA作为具有MQW结构的Si上激光器（37nm阱宽度）的最大值的11.5%。 ，对于 MQW 激光器为 20.9%。作为特征温度 To 的值，它表示阈值电流的温度依赖性，对于GaAs上的MQW激光器，当元件温度高于35°C时，获得80K的温度，当温度低于35°C时，获得214K。当我们测量原型激光器的偏振特性时，我们发现： GaAs 上的所有激光器仅以 TE 模式振荡，而当熔覆层的 AI 成分比小于 0.5 时，Si 上的激光器仅以 TM 模式或 TE 和 TM 模式振荡。当包覆层的AI成分比大于0.5时，Si上的激光器也仅在TE模式下振荡。在Si上的激光器中，由于应力的存在，两种TM模式的增益都变得大于TE模式的增益。这种偏振特性可以通过考虑TM模损耗随着包覆层的AI成分比例的增加而增加来解释。