NTT,ナノワイヤレーザーの室温/通信波長帯発振に成功

日本電信電話(NTT)は,独自に開発した半導体ナノ構造形成方法を用いて髪の毛の1/100程度の太さの高品質なナノワイヤレーザー構造を作製し,ナノワイヤではこれまで実現されていなかった光通信波長帯での室温レーザ発振に成功した。

半導体発光デバイスで問題となる格子不整合を回避する手法として,1ミクロン以下の直径をもつ一次元ナノワイヤ構造が着目されている。ナノワイヤではその直径が非常に小さいため,格子不整合により直径方向に生じる歪みを解放することが可能で,格子不整合に制限されない多層構造材料および成長基板の選択が可能となる。

ナノワイヤは,シリコン光集積回路上に直接形成できる通信波長帯微小レーザー光源への応用が検討されている。通信波長帯ナノワイヤレーザーはシリコン光集積回路に直接形成できるだけでなく,光導波路との直接結合による光損失が低減されるものと期待されている。

しかしながらこれまでのナノワイヤレーザの室温発振は300〜900nmの短波長帯域のみで,通信波長帯では達成されていなかった。これは,これまでナノワイヤレーザの作製に金属(金や銀)を触媒としていたため,これらの触媒が半導体中に取り込まれ,発振特性が劣化するためだと研究グループは考えた。

今回研究グループは,従来の金や銀の異種金属を用いず,発光/障壁層構成原子と同元素であるインジウム金属を触媒とする自己触媒ナノワイヤ成長法を開発した。この手法を用い,発光層にインジウムヒ素(InAs),障壁層にインジウムリン(InP)という,通常二次元ヘテロ構造では格子不整合のために作製不可能なナノワイヤレーザー構造の作製に成功した。

この構造からの光励起による発振特性を調べたところ,通信波長帯である1570nm付近でナノワイヤ構造としては初めて室温でレーザ発振を観測した。また発光層の厚さのみを精密に変化させることでレーザ発振波長が1300〜1600nmで制御可能であることも実証した。これは現在用いられている光通信波長をほぼカバーするもの。

ナノワイヤ構造は格子不整合の影響を受けにくい特性から,異種の半導体基板上への作製も可能。研究グループは今回実現した自己触媒ナノワイヤ成長法を,今後シリコンフォトニクスに代表される光集積回路で最も大きな課題となっている微小レーザ光源の直接形成に展開していく。

また発光層をさらに微小化することで単一光子や量子もつれ光子対発生源へ発展させ,量子光集積回路として研究が盛んになりつつあるシリコン量子フォトニクスの光源としての展開も目指したいとしている。なお,本ニュースの詳細は月刊OPTRONICS 4月号に掲載する予定。

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