| 研究課題/領域番号 |
23KJ0935
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
高橋 直樹 東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 半導体レーザ / 薄膜レーザ / 結晶成長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大陸間ケーブルに始まる光通信は、光源である半導体レーザや通信路である光ファイバの性能向上に伴い、より短距離の通信においても電気通信に対する優位性を見出され実用化が進められてきた。本研究では究極の短距離通信であるLSIのグローバル配線を光配線に置き換えることを目標とし、それを実現するための光源や集積構造の検討を行う。具体的には、光源である半導体レーザの低消費電力化、信号を伝送する導波路の低損失化、光を電気信号に戻す受光器の高効率化、およびこれらを一括集積するプロセスの開発を行う。
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| 研究実績の概要 |
信号伝送用光源に要求されるのは、非常に低い伝送エネルギーコストをもちながら受光に十分な光出力を有することである。本研究では究極の信号伝送用半導体レーザの実現に向け、最適な光分布と電気特性を有する半導体薄膜レーザ共振器構造の検討及び、その効果の実証を行った。
まず半導体薄膜レーザの低消費電力に向けた設計について検討を行った。半導体レーザの特性が光閉じ込めに大きく影響を受けていることを示し、横方向の閉じ込めを強化する方法として、埋め込みリッジ導波路を提案した。埋め込みリッジ導波路は、光閉じ込め係数を増加することができるため、電極をより活性層に近づけることができ、内部損失を増加させず電気抵抗を下げることができる。次に、共振軸方向の閉じ込めとして、空間的ホールバーニング緩和するためにACPM回折格子の導入を提案し、軸方向に対するキャリア密度の不均一性が解消されることを示した。
実際に半導体薄膜レーザを作製し、その特性を明らかにした。提案した埋め込みリッジ構造やACPM回折格子を実際に導入し、従来の研究に比べしきい値電流や微分抵抗の大幅な低減を達成した。また、20Gbpsでのアイダイアグラムを確認し、提案構造がデータ伝送エネルギーコストを低減できることを示した。
また、光インターコネクションを見据えた集積についても議論し、曲げ導波路を作製可能で低損失で伝搬できるInP導波路とレーザを集積する手法について議論した。光ニューラルネットワークへの応用としては、半導体薄膜レーザが、光ReLU関数として利用できることを指摘し、その動作実証を行った。Radio-over-fiberへの応用では、光子-光子共鳴構造を新たに導入することで、変調帯域を拡大し、30GHz帯で64QAMの無線信号を3GPP規格値内のEVM(Error Vector Magnitude)で信号伝送に成功した。
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