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単一モード低しきい値TJSレーザダイオード

  • 写真なし白幡 潔
  • 写真なし須崎 渉
  • 写真なし浪崎 博文
TJSレーザの構造模式図

図1 TJSレーザの構造模式図

TJSレーザの端面SEM写真

図2 TJSレーザの端面SEM写真

単一モード発振スペクトル

図3 単一モード発振スペクトル

 半導体レーザを光通信や光情報処理用光源として用いるには、単一モードで安定に発振する、しきい電流の低いものが要望される。それまでの半導体レーザは、ヘテロ接合と平行な方向の横モードが不安定で、しきい電流も高く、実用上の障害となっていた。 従来のレーザ構造ではヘテロ接合と平行な方向の横モードが電流によって変化しており、この方向にも垂直方向と同様に、なんらかの屈折率導波形の光導波路の形成が必要であることをいち早く洞察し、独自の屈折率導波形光導波路によるTJS(Transverse Junction Stripe)レーザを開発した。これにより、内外で初めて、基本横モード・単一縦モードの単一モード発振を実現し、更に、しきい電流の低減、長寿命化を行って、半導体レーザの実用化の要求にこたえた。

 TJSレーザは、ダブルヘテロ接合と垂直な方向にはAlxGa1-xAsの組成比xの違いによる屈折率差、平行な方向には不純物分布による屈折率差に基づく、2次元屈折率導波形光導波路を有する構造であって、この導波路の最適設計を行うことにより基本横モード発振を実現した。このTJS構造によって初めて高次横モードを完全に抑制することができ、これに伴って、従来極めて複雑な振舞いを示していた縦モードを単一化することに内外で初めて成功した。又、この単一縦モード発振は利得が均一な広がりをもつと仮定したレーザ理論で説明できることを示した。更に、結晶成長技術、素子構造の改良により15mA程度の低しきい電流を得ると共に、百万時間以上の室温推定寿命を持つ素子を実現した。

 この単一モード半導体レーザの実現は、従来形レーザの横モード不安定性改善の必要が認識されるにつれて注目され、その後の各種屈折率導波形単一モードレーザの実現を促した。単一モード発振レーザは、光出力の直線性が良いので光通信においてはディジタル方式のほかアナログ方式にも使うことが可能となり、又、数GHzの広帯域変調も可能となった。更に、微小スポットへの安定な集光性によって光情報処理分野への適用も可能になった。

 本研究の成果に対して、電子情報通信学会は、1981年、白幡 潔(当時:三菱電機)、須崎 渉(当時:三菱電機)、浪崎 博文(当時:三菱電機)に業績賞を贈った。

文献

[1] H.Namizaki, H.Kan, M.Ishii and A.Ito、Transverse-junction-stripe-geometry double-heterostructure lasers with very low threshold current、1974年、J.Appl.Phys., vol.45, pp.2785-2786,1974
[2] H.Namizaki、Transverse-junction-stripe lasers with a GaAs p-n homojunction、1975年、IEEE J. Quantum Electron., vol.QE-11, pp.427-431,1975
[3] H.Namizaki、Single mode operation of GaAs-GaAlAs TJS-laser diodes、1976年、Trans. IECE of Japan, vol.E59, pp.8-15,1976
[4] H.Namizaki, S.Takamiya, M.Ishii and W.Susaki、High-power-density single-mode operatiion of GaAs-GaAlAs TJS lasers utilizing Si3N4 plasma deposition for facet coating、1979年、J. Appl. Phys., vol.50, pp.3743-3745,1979
[5] H.Namizaki, H.Kumabe and W.Susaki、Spontaneous emission behavior in AlGaAs TJS lasers、1981年、IEEE J. Quantum Electron., vol.QE-17, pp.799-803,1981

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キーワード

光エレクトロニクス、レーザ・量子エレクトロニクス、半導体レーザ、レーザダイオード、単一モード発振
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