長波長帯トランジスタレーザ特性制御手法の確立と新世代ネットワークへの適応性実証

• 研究課題/領域番号: 25709026
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 西山 伸彦 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80447531)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2013年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 半導体レーザ / InP / トランジスタレーザ / フォトニックネットワーク / 光デバイス / 光回路

研究成果の概要

将来におけるネットワークの高速化に対応するため、従来の半導体レーザの限界を超えうる直接変調レーザの実現が求められている。この回答として長波長帯トランジスタレーザの高性能化とその高速性能を明らかにすることを目的として研究を行った。
理論検討によって、電圧変調方式のトランジスタレーザで、従来問題であった素子の寄生容量を低減するための設計指針を明らかにし、実際に作製した半絶縁基板上1.3um帯トランジスタレーザにおいて、静特性の向上と理論通りの動特性の改善効果を確認し、理論検討の有効性を明らかにした。
これにより、ネットワークの高速化に対応可能な性能を実現できる見通しを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement in the current-gain of a 1.3-micrometer npn-AlGaInAs/InP transistor laser using a thin p-GaInAsP base layer (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Kaneko, Takumi Yoshida, Shotaro Tadano, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol.55 号: 7 ページ: 070301-070301
  • DOI: 10.7567/jjap.55.070301
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-modulation efficiency operation of GaInAsP/InP membrane distributed feedback laser on Si substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Inoue, Takuo Hiratani, Takahiro Tomiyasu, Kai Fukuda, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 23 号: 22 ページ: 29024-29031
  • DOI: 10.1364/oe.23.029024
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Room-temperature continuous-wave operation of membrane distributed-reflector laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuo Hiratani, Daisuke Inoue, Takahiro Tomiyasu, Yuki Atsuji, Kai Fukuda, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 11 ページ: 112701-112701
  • DOI: 10.7567/apex.8.112701
  • NAID: 210000137701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Energy Cost Analysis of Membrane Distributed-Reflector Lasers for On-chip Optical Interconnects (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuo Hiratani, Takahiko Shindo, Kyohei Doi, Yuki Atsuji, Daisuke Inoue, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: 21 号: 6 ページ: 1503410-1503410
  • DOI: 10.1109/jstqe.2015.2456334
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monolithic Integration of Membrane-based Butt-jointed Built-in DFB Lasers and PIN Photodiodes Bonded on Si Substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Inoue, Takuo Hiratani, Yuki Atsuji, Takahiro Tomiyasu, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: 21 号: 6 ページ: 1502907-1502907
  • DOI: 10.1109/jstqe.2015.2435898
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low Threshold Current Operation of Membrane DFB Laser with Surface Grating Bonded on Si Substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Atsuji, Kyohei Doi, Takuo Hiratani, Daisuke Inoue, Jieun Lee, Yuki Atsumi, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 8 ページ: 080301-080301
  • DOI: 10.7567/jjap.54.080301
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sub-milliampere threshold operation of butt-jointed built-in membrane DFB laser bonded on Si substrate. (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Inoue, J. Lee, T. Hiratani, Y. Atsuji, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 23 号: 6 ページ: 7771-7778
  • DOI: 10.1364/oe.23.007771
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design of apodized hydrogenated amorphous silicon grating couplers with metal mirrors for inter-layer signal coupling: Toward three-dimensional optical interconnection (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kuno, JoonHyun Kang, Yusuke Hayashi, Junichi Suzuki, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 号: 4S ページ: 04DG04-04DG04
  • DOI: 10.7567/jjap.54.04dg04
  • NAID: 210000145017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal properties of lateral-current-injection semiconductor membrane Fabry-Perot laser under continuous-wave operation. (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hiratani, K. Doi, J. Lee, D. Inoue, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 4 ページ: 042701-042701
  • DOI: 10.7567/jjap.54.042701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral characteristics of a 1.3-µm npn-AlGaInAs/InP transistor laser under various operating conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashi Yukinari, Noriaki Sato, Nobuhiko Nishiyama, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 11 号: 18 ページ: 20140679-20140679
  • DOI: 10.1587/elex.11.20140679
  • NAID: 130004678234
  • ISSN: 1349-2543
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design and Characterization of AlGaInAs/InP Buried Heterostructure Transistor Lasers Emitting at 1.3-µm Wavelength (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, M. Shirao, T. Sato, M. Yukinari, N. Nishiyama, T. Amemiya, and S. Arai,
  • 雑誌名: IEEE J. Select. Top. Quantum Electron. 巻: 19 号: 4 ページ: 1502608-1502608
  • DOI: 10.1109/jstqe.2013.2250490
  • 査読あり
• [学会発表] 1.3μm帯npn-AlGaInAs/InPトランジスタレーザの電圧変調動作に向けたGaInAsP吸収層組成の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山中健太郎, 只野翔太郎, 吉冨翔一, 西山伸彦, 荒井滋久
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2017年総合大会
  • 発表場所: 名城大学 天白キャンパス
  • 年月日: 2017-03-22
• [学会発表] p-GaInAsPベース層バンドギャップ低減による1.3-μm帯npn-AlGaInAs/InPトランジスタレーザの電流増幅率の向上 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉冨翔一, 只野翔太郎, 山中健太郎, 西山伸彦, 荒井滋久
  • 学会等名: 第64階応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Analysis of Voltage Dependence on Lasing Characteristics of 1.3-μm npn-AlGaInAs/InP Transistor Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Shotaro Tadano, Takaaki Kaneko, Kentarou Yamanaka, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai
  • 学会等名: The 28th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM)
  • 発表場所: Toyama International Conference Center
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] 1.3 μm 帯 npn-AlGaInAs/InP トラン ジスタレーザにおける 発振波長のコレクタ－ベース電圧依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中健太郎, 金子貴晃, 只野翔太郎, 西山伸彦, 荒井滋久
  • 学会等名: 電子情報通信学会 光エレクトロニクス（OPE）研究会 2016年度4月研究会
  • 発表場所: リゾーピア熱海
  • 年月日: 2016-04-21
• [学会発表] Progress of III-V membrane Photonic Devices on Si toward On-chip Interconnection (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Nishiyama
  • 学会等名: MRS spring meeting
  • 発表場所: Phoenix, Arizona, USA
  • 年月日: 2016-03-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 異種基板接合技術を利用したSi基板上半導体光デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山伸彦
  • 学会等名: シリコンフォトニクス研究会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ドットレーザによる1.3um帯伝送最適化マルチモードファイバ伝送特性における励起位置依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金子貴晃
  • 学会等名: 電子情報通信学会2015年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 愛媛
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 1.3um帯npn-AlGaInAs/InPトランジスタレーザにおけるコレクタ-ベース間電圧変調動作特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金子貴晃
  • 学会等名: 電子情報通信学会2015年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 愛媛
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 薄膜化したp-GaInAsPベース層を有する1.3-um帯 npn-AlGaInAs/InPトランジスタレーザの発振特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 只野翔太郎
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 光集積回路を目指したIII-V族/Si異種基板集積技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山伸彦
  • 学会等名: 電子材料シンポジウム2015
  • 発表場所: 滋賀
  • 年月日: 2015-07-15
  • 招待講演
• [学会発表] Lasing Characteristics of 1.3-um npn-AlGaInAs/InP Transistor Laser (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, T. Yoshida, S. Tadano, N. Nishiyama and S. Arai
  • 学会等名: IPRM2015
  • 発表場所: Santa Barbara (USA)
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-02
• [学会発表] Lasing Characteristics of 1.3-um npn-AlGaInAs/InP Transistor Laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Kaneko
  • 学会等名: IPRM 2016
  • 発表場所: Santa Barbara, CA, USA
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Lasing characteristics of 1.3-um npn-AlGaInAs/InP Transistor Laser - dependence of the base layer structure (2014)
  • 著者名/発表者名: 1.T. Yoshida, M. Yukinari, T. Kaneko, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 学会等名: IPRM2014
  • 発表場所: Montpellier (France)
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15
• [学会発表] Spectral Characteristics under Various Operation Conditions of 1.3-µm npn-AlGaInAs/InP Transistor Laser (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yukinari, N. Sato, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 学会等名: CLEO-PR 2013
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto
• [備考] 荒井・西山研究室ホームページ
  • URL: http://www.pe.titech.ac.jp/AraiLab/
• [備考]
  • URL: http://www.pe.titech.ac.jp/AraiLab/index.html