2014 Fiscal Year Research-status Report
ナノスケール金属キャビティ半導体レーザーの基礎研究
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26600112
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
種村 拓夫 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90447425)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体レーザー / プラズモニクス / 光インターコネクト / 光集積回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，半導体レーザーを高密度に集積し，エレクトロニクスと融合した光電子LSI（大規模集積回路）の実現に向けて，トランジスタと同程度の大きさを持つ極限的に小さな半導体レーザーを開発することを目的とした．
平成26年度は，まず，カプセル型微小金属キャビティの最適設計を行った．3次元有限差分時間領域（FDTD）法により各種キャビティ構造の共振Q値を求め，レート方程式を用いた解析から，レーザの発振閾値と発光効率の算出を行った．最適な曲率のミラー構造を導入することで，光の共振モードがキャビティ中央に閉じ込められ，金属側壁における光損失が抑圧される結果，Q値が大幅に増大して低閾値化が達成できることを確認した．
次に，素子の試作に取りかかり，各種プロセス条件の最適化を行った．特に，十分な Q値を得るために必要な側壁角度を計算し，急峻なエッチングを行うための反応性イオンエッチング装置の条件を抽出した．作製した素子を用いてフォトルミネッセンス測定を行った結果，理論予測通り，最適なカプセルキャビティ構造を導入することでQ値が4倍以上増大することを実証した． さらに，電流励起下でのレーザ発振を目指すため，電流注入型金属キャビティ構造を試作し，電流注入下での自然放出光の検出に成功した．
上記と並行して，光導波路に結合した微小金属キャビティの数値解析を行い，Q値と結合効率の条件を両方満たすための最適な構造を決定した．現在，素子の試作を進めているところである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた，金属キャビティ構造の数値解析と素子は終了している．レーザー発振の実証実験には至っていないものの，当初予定通り，素子の試作プロセスの最適化を終え，フォトルミネッセンスによる原理検証実験に成功している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の成果を基に，素子の改良と試作を進め，平成27年度中にレーザー発振の実証を目指す．並行して，光導波路と結合した構造の試作を行い，原理検証実験を行う．以上より，提案する金属キャビティ構造の有効性を実験的に示し，光の集積度を極限まで高めた光LSI実現のための基盤技術を確立する．
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