成果報告書詳細
管理番号20090000000150
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー使用合理化技術実用化開発/省エネ性に優れた光通信用半導体レーザーの実用化開発
公開日2009/8/26
報告書年度2006 - 2008
委託先名日本電信電話株式会社 フルウチ化学株式会社
プロジェクト番号P03033
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約温度制御装置を必要としない、光通信用・波長1.3 μm帯で変調速度が10Gb/sであるInGaAs基板上半導体レーザーを実用化する際の鍵となるのは、大型・高品質InGaAs単結晶基板製造方法の確立である。従来InxGa1-xAs(x: 0.1以上)の均一組成バルク結晶の製造は困難とされてきたが、宇宙航空研究開発機構(JAXA)が考案した飽和溶融帯移動法(英文名Traveling Liquidus-Zone 法、略称TLZ法)によりその製造が初めて可能になった。本実用化開発は製造単結晶の高品質領域の拡大、歩留まりの向上、一層の大型化を狙って実施したものである。 平成18年度にJAXAが開発したTLZ法によるInx Ga1-xAs(x: 0.10-0.17)単結晶基板の製造技術を量産化を担当するフルウチ化学(株)に技術移転し、フルウチ化学(株)における基板製造技術の基礎を築いた。また、平成18-19年度にJAXAにおける製造技術の更なる高度化を図り、平成20年度はそれらの技術を余すところなくフルウチ化学(株)へ移転した。その結果、フルウチ化学(株)の製造技術がJAXAとほぼ同じレベルに高まり、30×30mm2以上の表面積を持つ板状単結晶の育成に成功するとともに、レーザー用基板としての品質を備えたIn0.1Ga0.9As単結晶領域(面積15×30mm2以上)を製造できるようになった。また、複数枚同時製造による量産化に目処がついた。量産に適した方法である径方向結晶成長方法に関しては、SiとGeを用いたモデル実験を行い、径方向への成長を確認した。 InGaAs基板上半導体レーザー製造技術では、波長1.3 μmの単一モード発振を実現するとともに、10Gb/sの直接変調と20 kmのエラーなし信号伝送を実現した。また、温度安定性の指標である特性温度として72 Kを実現し、優れた温度安定性を実証した。さらに、高品質化・大型化が図られたInGaAs基板を用いて半導体レーザー試作を行うことにより、100℃での微分効率低下50%未満(25℃比)を達成した。平成20年度はさらなる温度特性の向上を図り、150℃での微分効率低下50%未満(25℃比)を達成した。
以上の結果、本実用化開発の目標を達成した。
英文要約Title: Applied Technology Development of Semiconductor Laser with Excellent Conservation of Energy for Optical Communication (FY 2006 - FY 2008) Final Report
This research is aiming at developing energy saving type semiconductor lasers used in the optical communication system at the wavelength of 1.3 μm. Commercial 1.3 μm semiconductor lasers have a drawback, that is, temperature dependence of their output power is large and they cannot be used without temperature controllers at temperatures higher than 85℃. Hence commercial lasers require extra energy for cooling and we have studied to fabricate semiconductor lasers operated without temperature controllers. We succeeded in fabricating such lasers on InGaAs ternary substrates. However, high quality substrate area is limited to 10×10mm2 and reproducibility of obtaining high quality area is not sufficient. Here, we studied the method and conditions for obtaining large and high quality InGaAs substrate with high reproducibility. We also studied structure and fabrication method for single mode operation and for improving lasing characteristics of semiconductor lasers on ternary InGaAs substrates. :Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) gave technical guidance to Furuuchi Chemical Corporation (FCC) for producing high quality InGaAs ternary substrates using the TLZ method which JAXA has developed for producing homogeneous alloy crystals. FCC takes a role of mass-production of InGaAs substrates in our research system. As a result, technological capability of FCC is improved to a level of JAXA and FCC can produce homogeneous In0.1Ga0.9As substrates with single crystalline area larger than 30 ×30mm2 reproducibly. Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) achieved 1.31μm lasing for a narrow ridge laser with a shot cavity. This laser showed single lateral mode operation and 10-Gbps modulation. Temperature characteristics was improved and reduction of differential efficiency at 100oC was less than 50% was achieved. Thus, milestones of fiscal 2006-2008 years of our study at development phase have been achieved.
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