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ワンチップ光電融合ルータに向けたシリコン-化合物半導体ハイブリッドデバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J02327
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 通信・ネットワーク工学
研究機関東京工業大学

研究代表者

林 侑介  東京工業大学, 大学院理工学研究科(工学系), 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードシリコンフォトニクス / 直接接合 / ハイブリッドレーザ
研究実績の概要

【研究目的】III-V/Siハイブリッド集積技術の課題のひとつとして、ハイブリッド型のレーザは従来のIII-V族半導体単体のレーザに匹敵するほどの低しきい値、高効率動作が達成されていない点が挙げられる。本研究では、プラズマ活性化接合(PAB)法による低温貼り付け技術を利用し、ハイブリッドレーザの高効率動作を研究目的としている。
【研究成果】28年度は窒素プラズマ活性化接合法を用いたIII-V/Siハイブリッドレーザの研究に取り組み、以下の研究成果を挙げた。
(1)室温連続発振に向けたレーザの熱分布を有限要素法により解析した。幅広III-V族メサとコンタクト電極をヒートシンクとして利用することにより、熱抵抗を40K/W以下に削減できることを明らかにした。
(2)窒素プラズマ活性化接合法でハイブリッドレーザを作製し、室温連続発振を得た。共振器長1 mmの素子で測定を行い、しきい値電流119 mA、外部微分量子効率17%を得た。熱抵抗は31 K/Wであり、計算結果の38 K/Wに概ね整合する値が得られた。発振波長は1533 nmであった。
以上の研究結果は、直接接合法を用いたハイブリッドレーザの作製法についての知見を深めるものであり、高効率動作の実現に向けて寄与するところが大きいと考えられる。今回の成果を基に、Siフォトニクスの波長フィルタと組み合わせることで、高SMSR動作や波長可変動作の実現が期待される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 3件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] GaInAsP/silicon-on-insulator hybrid laser with ring-resonator-type reflector fabricated by N2 plasma-activated bonding2016

    • 著者名/発表者名
      Yuusuke Hayashi, Junichi Suzuki, Satoshi Inoue, Hasan Shovon, Yuki Kuno, Kazuto Itou, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: vol.55 号: 8 ページ: 082701-082701

    • DOI

      10.7567/jjap.55.082701

    • NAID

      210000146938

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crystalline/Amorphous Si Integrated Optical Couplers for 2D/3D Interconnection2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Itou, Yuki Kuno, Yuusuke Hayashi, Junichi Suzuki, Naoya Hojo, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics

      巻: vol. 24 号: 6 ページ: 4403209-4403209

    • DOI

      10.1109/jstqe.2016.2566263

    • NAID

      120006582544

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface assessment after removing III-V layer on III-V/silicon-on-insulator wafer fabricated by plasma activated bonding2014

    • 著者名/発表者名
      J. Suzuki, Y. Hayashi, Y. Kuno, J. Kang, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 53 号: 11 ページ: 118003-118003

    • DOI

      10.7567/jjap.53.118003

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Room-temperature Continuous-wave Operation of GaInAsP/SOI Hybrid Laser Fabricated by N2 Plasma Activated Bonding2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, J. Suzuki, S. Inoue, K. Itou, K. Nagasaka, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2016)
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Interlayer Transition Couplers for 3D Optical Circuit2016

    • 著者名/発表者名
      K. Itou, Y. Hayashi, J. Suzuki, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2016)
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Lasing Operation of GaInAsP/SOI Hybrid Laser with AlInAs-Oxide Confinement Structure2016

    • 著者名/発表者名
      J. Suzuki, Y. Hayashi, S. Inoue, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2016)
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Double Taper Interlayer Transition Coupler for 3D Optical Interconnection with Heterogeneous Material Stacking2016

    • 著者名/発表者名
      K. Itou, Y. Hayashi, J. Suzuki, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 48th Solid State Devices and Materials (SSDM 2016)
    • 発表場所
      Tsukuba
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズマ活性化貼付法を用いたAlInAs酸化狭窄構造を有するGaInAsP/SOIハイブリッドレーザの作製2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木 純一, 林 侑介, 井上 慧史, Shovon MD Tanvir Hasan, 雨宮 智宏, 西山 伸彦, 荒井 滋久
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2016年ソサエティ大会
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 多層光回路に向けたダブルテーパ型層間結合器の設計2016

    • 著者名/発表者名
      伊東 憲人, 林侑介, 鈴木純一, 雨宮智宏, 西山伸彦, 荒井滋久
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2016年ソサエティ大会
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] III-V/Siハイブリッドデバイスの高効率動作に向けたハイブリッド領域/シリコン領域テーパ接続構造の検討2016

    • 著者名/発表者名
      井上 慧史, 林 侑介, 鈴木 純一, 伊東 憲人, 雨宮 智宏, 西山 伸彦, 荒井 滋久
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2016年ソサエティ大会
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Vertical Trident Coupler for 3D Optical Interconnection2016

    • 著者名/発表者名
      K. Itou, K. Yuki, Y. Hayashi, J. Suzuki, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Group IV Photonics (GFP2016)
    • 発表場所
      Shanghai
    • 年月日
      2016-08-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GaInAsP/SOI Hybrid Laser with AlInAs-oxide Confinement Structure Fabricated by Plasma Activated Bonding2016

    • 著者名/発表者名
      J. Suzuki, S. Inoue, S. Hasan, Y. Hayashi, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
    • 学会等名
      The 28th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM2016)
    • 発表場所
      Toyama
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズマ活性化貼付法を用いたAlInAs酸化狭窄構造を有するGaInAsP/SOIハイブリッドレーザの作製2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木純一、林侑介、井上慧史、Shovon MD Tanvir Hasan、雨宮 智宏、西山伸彦、荒井滋久
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2015年総合大会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Analysis of Saturable Absorption Characteristics in III-V/SOI Hybrid Lasers Fabricated by N2 Plasma Activated Bonding2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, J. Suzuki, S. Inoue, H. Shovon, Y. Kuno, K. Ito, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC 2015)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Thermal Process Tolerance of Directly Bonded GaInAsP/SOI Wafer by Stressed SiNx Deposition2015

    • 著者名/発表者名
      S. Inoue, H. Shovon, J. Suzuki, Y. Hayashi, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai, “Improvement of Thermal Process Tolerance of Directly Bonded GaInAsP/SOI Wafer by Stressed SiNx Deposition
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC 2015)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Low-loss Waveguide Fabrication in III-V/SOI Hybrid Integration using Plasma Activated Bonding2015

    • 著者名/発表者名
      Junichi Suzuki, Yusuke Hayashi, Yuki Kuno, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, and Shigehisa Arai
    • 学会等名
      International Nano-Optoelectronics Workshop 2015 (i-NOW 2015)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-04-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] GaInAsP/SOI Hybrid Laser with Ring-resonator-type Reflector Fabricated by Plasma Activated Bonding2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, J. Suzuki, S. Inoue, J. Kang, Y. Kuno, T. Amemiya, N. Nishiyama and S. Arai
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2014)
    • 発表場所
      東京都 文京区 東京大学
    • 年月日
      2014-11-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ活性化貼付法を用いたリング共振器ミラー装荷型GaInAsP/SOIハイブリッドレーザの作製2014

    • 著者名/発表者名
      林 侑介、鈴木純一、久能 雄輝、姜 晙炫、雨宮 智宏、西山伸彦、荒井滋久
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2014年ソサイエティ大会
    • 発表場所
      徳島県 徳島市 徳島大学
    • 年月日
      2014-09-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of High Temperature Process for III-V/SOI Hybrid Photonic Devices with AlInAs Oxidation Current Confinement Layer2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, J. Suzuki, Y. Kuno, J. Kang, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai,
    • 学会等名
      4th IEEE International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D 2014)
    • 発表場所
      東京都 文京区 東京大学
    • 年月日
      2014-06-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] http://www.pe.titech.ac.jp/AraiLab/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 荒井西山研究室

    • URL

      http://www.pe.titech.ac.jp/AraiLab/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東京工業大学 電気電子工学専攻 荒井西山研究室

    • URL

      http://www.pe.titech.ac.jp/AraiLab/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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