超高結合回折格子を有する半導体レーザ光源の動特性解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10J08973
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 進藤 隆彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: 光電子集積回路 / 低消費電力 / 強光閉じ込め効果 / 半導体薄膜レーザ / 横方向電流注入レーザ / 絶縁性基板

Research Abstract

オンチップ光配線用の光源として小型・極低消費電力動作が期待される強光閉じ込め効果を用いた極低電流動作半導体薄膜DFBレーザの実現および高速動作化を目的としている。高光閉じ込め構造を有する半導体薄膜レーザはその高結合回折格子の効果により極低しきい値での動作が期待されており、これまでには主に光励起による動作が報告されてきたが、実用化に向けて電流注入動作の実現が大きな課題となっていた。
この問題解決に向け本研究では横方向電流注入構造を採用し半絶縁性基板上の横方向電流注入型レーザの高性能化を図った。まず、横方向電流注入型レーザにa-Siを用いた表面回折格子構造を導入し、素子の高性能化を図り、室温連続動作条件下でしきい値電流値7.0mA、外部微分量子効率43%の良好な発振特性を得た。また、動的特性の評価も行い変調効率1.0GHz/mA<1/2>および30mA注入時に変調帯域4.8GHzを確認した。以上の結果は我々の調査範囲において、155μm波長帯の横方向電流注入レーザにおいて最高の性能が達成された。また、極低しきい値の実現が期待される細線状活性層構造を導入した横方向電流注入型DFBレーザも作製し良好な特性を得た。
これら、横方向電流注入型レーザにおいて従来型の半導体レーザと遜色ない良好な特性が得られたことから、従来の目的であった電流注入型半導体薄膜レーザの設計・作製に着手した。低屈折率材料であるベンゾシクロブテン(BCB)を用いることでInP基板にレーザウエハを貼り付け、横注入構造および表面回折格子構造を有する薄膜レーザを実現した(未発表)。
以上の成果により今後、極低電流動作半導体薄膜DFBレーザの実現および高速動作化が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Bandwidth enhancement of injection-locked distributed reflector lasers with wirelike active regions (2011)
  • Author(s): S.H.Lee, D.Parekh, T.Shindo, W.Yang, P.Guo, D.Takahahi, N.Nishiyama, C.C.Hasnain, S.Arai
  • Journal Title: Opt.Express Volume: 18 Pages: 16370-16378
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GaInAsP/InP lateral-current-injection distributed feedback laser with a-Si surface grating (2011)
  • Author(s): T.Shindo, T.Okumura, H.Ito, T.Koguchi, D.Takahashi, Y.Atsumi, J.Kang, R.Osabe, T.Amemiya, N.Nishiyama, S.Arai
  • Journal Title: Opt.Express Volume: 19 Pages: 1884-1891
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Interactions at Optical Frequencies in an InP-Based Waveguide Device with Metamaterial (2011)
  • Author(s): T.Amemiya, T.Shindo, D.Takahashi, N.Nishiyama, S.Arai
  • Journal Title: IEEE J.Quantum Electronics Volume: 47 Pages: 736-744
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lateral-Current-Injection Distributed Feedback Laser with Surface Grating Structure (2011)
  • Author(s): T.Shindo, T.Okumura, H.Ito, T.Koguchi, D.Takahashi, Y.Atsumi, J.Kang, R.Osabe, T.Amemiya, N.Nishiyama, S.Arai
  • Journal Title: IEEE J.Sel.Top.in Quantum Electron Volume: In press
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Low-power Consumption and High-eye-margin 10Gbit/s Operation of Distributed Reflector Laser with Wirelike Active Regions (2011)
  • Author(s): D.Takahashi, S.H.Lee, T.Shindo, K.Shinno, T.Amemiya, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 23rd Indium Phosphide and Related Material (IPRM 2011)
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2011-05-24
• [Presentation] Lateral Current Injection Distributed Feedback Laser with Wirelike Active Regions (2011)
  • Author(s): T.Shindo, T.Okumura, M.Futami, R.Osabe, T.Koguchi, T.Ameiya, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 23rd Indium Phosphide and Related Material (IPRM 2011)
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2011-05-24
• [Presentation] 細線状活性層を有するGaInAsP/InP横方向電流注入型DFBレーザ (2011)
  • Author(s): 二見充輝、進藤隆彦、奥村忠嗣、長部亮、伊藤瞳、小口貴之、雨宮智宏、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川県
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 横方向電流注入型レーザにおける発振特性のストライプ幅依存性 (2011)
  • Author(s): 進藤隆彦、奥村忠嗣、二見充輝、長部亮、伊藤瞳、小口貴之、雨宮智宏、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川県
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 細線状活性層を有する分布反射型レーザの変調帯域拡大と10Gbit/s低消費電力動作 (2011)
  • Author(s): 高橋大佑、李承勲、進藤隆彦、信野圭祐、雨宮智宏、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2011年 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 東京都
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] Lateral current injection GaInAsP/InP laser for membrane based photonic circuits (2011)
  • Author(s): S.Arai, N.Nishiyama, T.Okumura, T.Shindo
  • Organizer: SPIE Photonics West Conference 2011
  • Place of Presentation: San Francisco, California, (USA)
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] Lateral Current Injection 1550nm Wavelength DFB Laser with a-Si Surface Grating (2010)
  • Author(s): T.Shindo, T.Okumura, M.Futami, R.Osabe, T.Koguchi, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: Technical Report of IEICE, LQE2010
  • Place of Presentation: 東京都
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] Lateral Current Injection Type GaInAsP/InP DFB Laser with a-Si Surface Grating (2010)
  • Author(s): T.Shindo, T.Okumura, H.Ito, T.Koguchi, D.Takahashi, Y.Atsumi, J.Kang, R.Osabe, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 23rd Annual Meeting of the IEEE Photonics Society
  • Place of Presentation: Denver, Colorado (USA)
  • Year and Date: 2010-11-11
• [Presentation] Metamaterial-based Control of Permeability in GaInAsP/InP Multimode-Interferometers (2010)
  • Author(s): T.Amemiya, T.Shindo, D.Takahashi, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 23rd Annual Meeting of the IEEE Photonics Society
  • Place of Presentation: Denver, Colorado (USA)
  • Year and Date: 2010-11-09
• [Presentation] 活性層分離型分布反射型レーザの変調特性の構造依存性 (2010)
  • Author(s): 高橋大佑、李承勲、信野圭祐、進藤隆彦、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2010年秋季第29回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎県長崎市
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] GaInAsP/InP細線状活性層を有するDBRの透過反射スペクトル特性 (2010)
  • Author(s): 信野圭祐、李承勲、高橋大佑、進藤隆彦、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2010年秋季第29回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎県長崎市
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] a-Si表面回折格子を用いた横方向電流注入型DFBレーザ (2010)
  • Author(s): 進藤隆彦、奥村忠嗣、伊藤瞳、小口貴之、渥美裕樹、姜〓〓、長部亮、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2010年秋季第29回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎県長崎市
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] SOI基板上集積二重導波路構造レーザの理論検討 (2010)
  • Author(s): 伊藤瞳、奥村忠嗣、李承勲、進藤隆彦、西山伸彦、荒井滋久
  • Organizer: 2010年秋季第29回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎県長崎市
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] Direct Measurements of Characteristics of GaInAsP/InP Bragg Gratings with Periodically Etched Quantum Wells (2010)
  • Author(s): K.Shinno, S.H.Lee, T.Shindo, D.Takahashi, N.Tajima, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 37th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2010)
  • Place of Presentation: 香川県高松市
  • Year and Date: 2010-06-04
• [Presentation] All-optical Switch Consisting of Multimode Interferometer Combined with Metamaterials : Device Design (2010)
  • Author(s): T.Amemiya, T.Shindo, D.Takahashi, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: The 22nd Indium Phosphide and Related Material (IPRM 2010)
  • Place of Presentation: 香川県高松市
  • Year and Date: 2010-06-02
• [Presentation] Magnetic Interaction at Optical Frequencies in InP-based Waveguide Device Combined with Metamaterial (2010)
  • Author(s): T.Amemiya, T.Shindo, D.Takahashi, N.Nishiyama, S.Arai
  • Organizer: Conference on Laser and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS-2010)
  • Place of Presentation: San Jose, California (USA)
  • Year and Date: 2010-05-21