超並列光エレクトロニクス

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07CE2003
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 伊賀 健一 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10016785)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 健太郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (20242315) ; 徳光 永輔 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882) ; 小山 二三夫 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (30178397) ; 下河辺 明 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (40016796) ; 石原 宏 東京工業大学, プロンティア創造研究センター, 教授 (60016657)
• Keywords: 半導体レーザ / 光通信 / 微小光学 / 並列光情報処理 / 光インターコネクト / 光集積回路 / ニューロトランジスタ / マイクロマイン

Research Abstract

平成10年度までに,超並列光エレクトロニクスのキイデバイスである面発光レーザの極限性能追求,近赤外から紫外・青色領域での広い波長領域で動作する面発光レーザのための新材料の開拓を推進するとともに,超並列光電子融合システムの実現のために,強誘電体材料をゲートとしたニューロトランジスタの試作と集積化を進めた.以下に,これまでの研究成果の概要を示す.
1. 面発光レーザの極限性能追求
GaAs(311)B基板を用いることにより,増幅特性に偏波依存性が発現することを実験的に明らかにして,この傾斜基板を用いた面発光レーザの安定な偏波面制御技術を世界に先駆けて確立し,この手法を用いて,縦モード,横モード,偏波面を完全に制御した完全単一モードレーザを初めて実現した.さらに,10Gb/sの高速変調下においても安定な偏波動作が可能であることを実証した.また,高性能長波長面発光レーザのための基盤技術として,GaAlInAs/InP系を用いて世界最高性能の温度特性を有する長波長帯レーザを実現するとともに,トンネル接合を利用した新しい構造を具現化した.
2. 広いスペクトル域で動作する面発光レーザのための新材料探求
有機金属気相成長法による青色発光ダイオードの試作や青色・紫外面発光レーザのための高反射率反射鏡の形成技術を確立した.また,GaAs基板上で高歪GaInAs/GaAs量子井戸構造の形成技術を確立し,発振波長をこの系では世界最長の1.25μmまで拡大し,GaAs基板上の高性能長波長帯面発光レーザの可能性を提示した.さらに,GaInNAs/GaAs系材料の有機金属気相成長法や化学ビーム成長法を用いた成長条件把握と熱アニール処理による結晶の高品質化を達成した.
3. 極限微小マイクロレーザと光回路
マイクロディスクレーザの超微小化と低しきい値化を進めるとともに,大規模並列光回路の構成法を提案するとともに,その動作を数値解析により明らかにした.また,高密度光メモリのヘッドとなるディスク型近接場プローブを提案し,回折限界を越える超高分解能を実験的に実証した.
4. ニューロトランジスタとその集積化
強誘電体ゲートトランジスタをマトリックス状に配置し,電気的に重みが書き換え可能なシナプス結合素子を試作し,ニューラルネットワークで多用される重み付け積和演算が実行できることを確認した.また,強誘電体ゲートトランジスタとシュミットトリガ発振回路とを組み合わせてニューロンチップを作製し,入力パルスを印加するに従って出力発振周波数が増加するという学習機能を初めて確認した.
5. 超並列光システムの基礎構築
2次元光デバイスの新しい光軸無調整の実装方法を確立するとともに,面発光レーザの2次元アレーモジュールを試作し,超並列大容量光伝送のための基礎を構築した.また,64チャンネルの並列音圧センサーを開発し,音場の可視化実験を行い,その有効性を実証するなど超並列システムの具現化を進めた.
平成11年度は,平成7〜10年度の研究成果をもとに,面発光レーザアレーの大規模集積化技術を開拓し,面発光レーザを中心とした超並列光デノくイスの極限・匪有Lを追求するとともに,これらを用いた光通信ネットワークシステム,並列光情報処理システム,光電子融合型プロセッサ,及びこれらを統合した超並列光エレクトロニクスのシステムのアーキテクチャを開拓して,これらの超並列システムの構築を目指す.

Research Products

• [Publications] 伊賀健一: "面発光レーザ" 電子情報通信学会論文誌. vol.J81・C・1,no.9.483-493 (1998)
• [Publications] 本田徹 他8名: "GaN系面発光レーザの設計と製作技術に関する基礎検討" 電子通信学会論文誌. vol.J81・C・11,no.1.97-104 (1998)
• [Publications] Tohru Honda,他6名: "Effect of piezo electric field on emission characteristics GaN/AlGaN quantum wells" Journal of Crystal Growth. no.180/190. 644-647 (1998)
• [Publications] Tomoe Shirasawa 他6名: "Interface control of GaN/AlGaN quantum well structures in MOVPE growth" Journal of Crystal Growth. no.180/190. 124-127 (1998)
• [Publications] Noriaki Mochida,他6名: "Crystal orientation dependence of p-type contact resistance of GaN" Journal of Crystal Growth. no.180/190. 716-719 (1998)
• [Publications] N.Ohnoki,F.Koyama,and K.Iga: "Superlattice AlAs/AllnAs-oxide current aperture for long wavelength Inp-based vertical-cavity surface-emitting laser structure" Appl.Phys.Lett.,. vol.73no.22. 3262-3264 (1998)
• [Publications] N.Ohnoki,F.Koyama,and K.Iga: "Super-lattice AlAs/AllnAs for lateral-oxide current confinement in InP-based lasers" Journal of Crystal Growth. no.195. 603-608 (1998)
• [Publications] F.Koyama,and K.Iga: "Progress of surface emitting lasers" Laser Review. no.26. 620-625 (1998)
• [Publications] 小山二三夫、伊賀健一: "面発光レーザの進展" レーザ研究. no.26. 620-625 (1998)
• [Publications] 羽鳥伸明,他5名: "p型デルタ-ドーブInGaAs/GaAs量子井戸面発光レーザ" 電子情報通信学会論文誌. J81・C・1,no.7. 410-416 (1998)
• [Publications] Nobuaki Hatori,他7名: "An over 10Gbits/s transmission experiment using p-type d-doped InGaAs/GaAs quantum-well vertical cavity surface emitting Laser" Photon.Tech.Lett.,. 10,no.2. 194-196 (1998)
• [Publications] Akimasa Mizutani,他4名: "An MOCVD grown low threshold polarization controlled vertical cavity surface emitting laser on GaAs(311)B" IEICE C・I. J81・C・1,no.8. 460-465 (1998)
• [Publications] 水谷章成,他4名: "MOCVDによるGaAs(311)B基板上低しきい値偏波制御面発発光レーザ" 電子情報通信学会論文誌. J81・C,no8. 460-465 (1998)
• [Publications] Akimasa Mizutani,他4名: "A low threshold polarization controlled vertical-cavity surface emitting laser grown on GaAs(311)B substrate" IEEE Photon,Tech.Lett.,. 10,no.5. 633-635 (1998)
• [Publications] Akimasa Mizutani,他5名: "InGaAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser on GaAs(311)B substrate using carbon auto-doping" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.3B. 1408-1412 (1998)
• [Publications] Nobuhiko Nishiyama,他6名: "Single-transverse mode and stable-polarization operation under high,speed modulation of InGaAs-GaAs vertical-cavity surface-emitting laser grown on GaAs(311)B substrate" IEEE Photon.Technol.Lett.10,no.12. 1676-1768 (1998)
• [Publications] Nobuhiko Nishiyama,他4名: "A completely single-mode and single polarization vertical-cavity surface emitting lasers grown on GaAs(311)B substrate" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.6A. 640-642 (1998)
• [Publications] A.Matsutani,F.Koyama and K.Iga: "Low bias voltage dry etching of InP by inductively coupled plasma using SiCl_4/Ar" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.12. 6655-6656 (1998)
• [Publications] A.Matsutani,F.Koyama and K.Iga: "Plasma characterization in chlorine-based reactive ion beam etching and chemically assisted ion beam etching" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.5. 2747-2751 (1998)
• [Publications] A.Matsutani,F.Koyama and K.Iga: "C60 resist mask of electron beam lithography for chlorine-based reactive ion beam etching" Jpn.J.Appl.Phys.37,no.7. 4211-4212 (1998)
• [Publications] Tomoyuki Miyamoto 他4名: "GaInNAs/GaAs quantum well growth by chemical beam epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.1. 90-91 (1998)
• [Publications] Kanji Takeuchi 他4名: "Chemical beam epitaxy growth and characterization of GaNAs/GaAs" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.3B. 1603-1607 (1998)
• [Publications] C,Kyu Kim,T.Miyamoto and Y.H.Lee: "Design considerations of GaInNAs-GaAs quantum wells:Effects of indium and nitrogen mole fractions" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.11. 5994-5996 (1998)
• [Publications] Dietmar Schlenker,他4名: "Miscibility gap calculation for Ga_<1-x>In_xN_yAs_<1-y> including strain effects" Journal of Crystal Growth,. no.196. 67-70 (1998)
• [Publications] 馬場俊彦,他3名: "フォトニック結晶とその応用" 応用物理. 67,no.9. 1041-1045 (1998)
• [Publications] H.Yamada,A.Sakai,M.Fujita and T.Baba: "Optical near field probe action in a microdisk injection laser with 0.121 resolution" Electron.Lett.,. 27,no.3. (1998)
• [Publications] T.Kamei,E.Tokumitsu,and H.Ishiwara: "Numerical Analysis of Metal-Ferroelectric-Semiconductor Field-Effect Transistors(MFS-FETs)Considering Inhomogeneous Ferroelectric Polarzation" EICE TRANS.ELECTRON.,. E81・C,No.4. 577-582 (1998)
• [Publications] E.Tokumitsu,G.Fujii,and H.Ishiwara: "Electrical Properties of MFS-FETs Using SrBi_2Ta_2O_9 Films directly Grown on Si Substrates by Sol-Gel Method" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.493. 459-464 (1998)
• [Publications] S.M.Yoon,E.Tokumitsu.and H.Ishiwara: "Electrical Properties of La_<0.7>Sr_<0.3>CoO_3/Pb(ZR_<0.52>Ti_<0.48>)0_3/La_<0.7>Sr_<0.3>CoO_3 Thin film Capacitors Formed on MgO Substrates Using the Sol-Gel Method" Jpn.J.Appl.Phys.37 Part2 8A. L936-L938 (1998)
• [Publications] B.Park,S.Shouriki,E.Tokumitsu,and H.Ishiwara: "Fabrication of PbZr_XTi_<1X>O_3 Films on Si Structures Using Y_2O_3 Buffer Layers" Jpn.J.Appl.Phys.37,Part1 No.9B. 5145-5148 (1998)
• [Publications] S.Imada,S.Shouriki,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Epitaxial Growth of Ferroelectric YM_3 Thin Films on Si(111)Substrates by Molecular Beam Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37,Part1 No.12A. 6497-6501 (1998)
• [Publications] H.Ishiwara: "Current status and prospects of digital and analog memories using MFSFETs" J.Korean.Phys.Soc.32. S1325-S1328 (1998)
• [Publications] T.Jimbo,H.Ishiwara: "Strain evaluation of GaAs layers grown on ultrahight-pressure-annealed strain free GaAs on Si structures" Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,. 486. 397-401 (1998)
• [Publications] S.M.Yoon,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Adaptrive-Learning Neruon Integrated Circuits Using Metal-Ferroelectric (SrBi_2Ta_2O_9)Semiconductor(MFS)FETs" IEEE Electorn Device Letters. 20,No.5. (1998)
• [Publications] Toshio Kato. 他3名: "A Microoptic network unit using planar microlens array" Optical Review. 5,no.1. 1-3 (1998)
• [Publications] Rogerio Jun Mizuno,他3名: "An oprical network unit (ONU)chip based on stacked planar optics" Jpn.J.Appl.Phys.37,no.6B. 3723-3726 (1998)
• [Publications] Susana Rios,他3名: "Estimation of optical phase aberrations of micro-optics components by the irradiance transport equation" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,no.6B. 3686-3690 (1998)
• [Publications] Jun SATONOBU 他3名: "Torque accumulation of torsional vibration using a vibration disk with nodal circles" J.Acoust.Soc.Jpn.(E),. 19,6. 413-416 (1998)
• [Publications] Takaaki ISHII,他3名: "Characteristics of Ultrasonic Motors Driven in a Vacuum" Jpn.J.Appl.Phys.,. 37,1-5B. 2956-2959 (1998)
• [Publications] Jun SATONOBU,他2名: "Torque accumulation for hybrid transducer ultrasonic motors using a coaxial driveshaft connection mechanism" J.Acout.Soc.Jpn.(E). 19(1). 39-49 (1998)
• [Publications] Y.Uno and K.Nakamura: "Fabrication and Performance of a Fiber Optic Micro-Probe for Megahertz Ultrasonic Field Measurements" Trans.IEE of Japan(E). 118・E,No,11. 487-493 (1998)
• [Publications] Y.Uno and K.Nakamura: "Analysis of the Sensitivity of Fiber Optic Micro-Probe for High Frequency Ultrasonic Field Measurements" Jpn.J.Appl.Phys.38,No.5B. (1999)
• [Publications] K.Nakamura and M.Uchiyama: "A Fiber Optic Vertical Coupler for the Matrix Tactile Sensor" Trans.IEE of Japan(E). 119-E,No.2. 113-114 (1999)
• [Publications] 佐藤海二,塚原真一郎,下河辺明: "インテリジェント制御法を用いた送りねじ位置決め系の制御性能" 精密工学会誌. 64、(11). 1627-1632 (1998)
• [Publications] 進士忠彦,他3名: "高精度磁気軸受の研究(第3報)-磁束検出による変位推定と位置決め-" 精密工学会誌. 64(12). 1779-1784 (1998)
• [Publications] 進士忠彦,他4名: "新しい磁気ねじの提案とその基本特性" 日本機械学会論文集C編. 64,(618). 690-697 (1998)
• [Publications] 進士忠彦,他4名: "磁気ねじをもちいた機構の起動時の特性と位置決め精度" 日本機械学会論文集C編. 64,(625). 389-395 (1998)
• [Publications] 佐藤海二,他3名: "波動歯車減速機を用いた機構の動特性と精密回転位置決め制御" 日本機械学会論文集C編. 65,(629). 167-172 (1999)
• [Publications] 岩田英生,佐藤千明,池上皓三: "微小複合負荷試験機による微小接合部の強度評価材料" 日本機械学会論文集. 47巻,9号. 971-977 (1998)
• [Publications] 佐藤千明,山口敏幸,池上皓三: "衝撃負荷における単純重ね合わせ接着継手の破壊強度" 日本機械学会論文集(A編). 64巻,625号. 2382-2387 (1998)
• [Publications] 肥後矢吉: "21世紀に向けた金属系バイオマテリアル研究への提言" 日本金属学会会報(まてりあ).37,(10). 863-864 (1998)
• [Publications] Yoji MINE,他6名: "Fatigue Crack Propagation in Titanium Single Crystals" Key Engineering Materials. 145・149. 721-726 (1998)
• [Publications] M.SHIMOJO,他3名: "Mechanism of The Two Stage Plastic Deformation Following an Overload in Fatigue Crack Growth" Int.J.Fatigue.20(5). 365-371 (1998)
• [Publications] 嶽間沢 昌秀,他7名: "アコースティックエミッション法によるエンジニアプラスティックPEEKの変形過程の解析" 非破壊検査. 47(12). 903-909 (1998)