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2000 年度 実績報告書

超並列光エレクトロニクス

研究課題

研究課題/領域番号 07CE2003
研究機関東京工業大学

研究代表者

伊賀 健一  東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10016785)

研究分担者 小山 二三夫  東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30178397)
下河辺 明  東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (40016796)
石原 宏  東京工業大学, フロンティア創造共同研究センター, 教授 (60016657)
宮本 智之  東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (70282861)
徳光 英輔  東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882)
キーワード半導体レーザ / 光通信 / 微小光学 / 並列光情報処理 / 光インターコネクト / 光集積回路 / ニューロトランジスタ / マイクロマシン
研究概要

本年度は,COEプロジェクト最終年度として,平成7年〜11年度までの研究により見出されたデバイス技術の発明や新たに見出された光電子システムの可能性を基に,最近の情報ネットワークの世界情勢の激しい変化に対応して,これまでの研究をさらに発展させたデバイスの飛躍的性能向上とシステム化について推進し,次の成果を得た.
1.面発光レーザの極限性能追求
超並列光エレクトロニクスを実現する上で鍵となる並列光源の面発光レーザについて,レーザ特性の向上と広い範囲の波長のデバイス実現,さらに,新機能面発光レーザの実現を目指して研究を行なった.
(1)面発光レーザの完全単一モード化において重要な偏波制御について,傾斜基板上での活性層の結晶歪を大きくすることが安定な偏波制御に有効であることを理論的に明らかにした.実際に,単一横モードの3×3面発光レーザアレーを(311)B基板上に製作し,直交偏波抑圧比と横モード抑圧比に優れた完全単一モード面発光レーザアレーを実現し,高速変調時の直交偏波抑圧比も優れていることを明らかにした.
(2)光ファイバ通信に適した長波長帯面発光レーザとして,GaInAs高歪量子井戸を用いた波長1.15μmのデバイスを実現した.しきい値電流0.9mAで170℃までヒートシンク無しで連続動作した.また,実用温度範囲での光出力の低下がきわめて少ないことを見出した.
(3)新材料GaInNAsを用いて,化学ビーム成長法による波長1.2μm帯面発光レーザで1mAの低しきい値電流を実現した.また,初の全MOCVD成長による波長1.26μmのGaInNAs面発光レーザ,および,MOCVD法による世界最小レベルの低しきい値電流密度のレーザを実現し,GaInNAsの面発光レーザへの適用性を実証した.
(4)青色・紫外面発光レーザへの取組として,光励起面発光レーザによる誘導放出を確認した.また,短共振器形成に必要なレーザ照射による基板剥離技術が活性領域へダメージを与えないことを明らかにし,面発光レーザ実現の可能性を開いた.
(5)面発光レーザアレーの実現のため,新たに温度や水蒸気量の精密制御が可能なAlAs酸化装置を設計し,5×5のアレーデバイスについて,単一横モード発振と,しきい値電流0.42mA±0.02mAという均一性の高いアレー光源を実現した.
(6)マイクロマシン技術を取り入れた面発光レーザ型波長選択フィルタを試作し,温度に対するフィルタ波長変化が0.01nm/Kときわめて少なく無く,また,アレー状の素子において各素子の表面をわずかにエッチングすることでそれぞれ異なる光波長をフィルタできるアレーデバイスを実現した.
(7)面発光レーザの出射孔へ微細加工を行なうことで,安定な横多モード発振を実現できることを示し,高出力で安定な動作が可能なデバイスの実現の可能性を開いた.
2.超並列応用システム
将来のテラビット級の大容量の情報を扱う光通信ネットワークシステム,並列光情報処理システム,光電子融合型プロセッサ,およびこれらを統合した超並列光エレクトロニクスのシステム研究を推進した.
(1)光軸無調整光モジュールとして,波長多重化や大規模化に適した,光源を微小光ベンチに水平に設置する水平型モジュールについて,3×3チャネル面発光レーザとマイクロレンズを用いたコリメート光源アレーモジュールの試作を行い,また,積層光回路に基づく1mm^3の波長多重光回路チップの製作プロセスを確立した.さらに,簡易な構成により2次元アレーモジュールを実現する垂直型の光モジュールの試作を行い,2次元アレー光デバイスの実装技術の基礎を確立した.
(2)テラバイト級大容量光メモリのための面発光レーザ光プローブを実現するために必要な,微小光反射による面発光レーザの特性変化を微小金属プローブによる特性変化により明らかにし,大容量光メモリ用信号検出の基礎を確立した.
(3)面発光レーザアレーを用いた光無線LANシステムを検討し,面発光レーザアレーをスキャンして通信対象を探索することで,低消費電力かつギガビット/秒クラスの高速な光無線ネットワークが実現できる可能性を明らかにした.
以上,本年までの研究により,本プロジェクトの当初の目標を達成すると共に,新たなデバイスおよびシステムの可能性を示した.これらの成果は,産業分野への応用,および今後の当該分野の研究に対し方向性を示すものであると信じている.

  • 研究成果

    (33件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (33件)

  • [文献書誌] Fumio Koyama: "Data transmission over single-mode fiber by using 1.2-μm uncooled GaInAs-GaAs laser for Gbit/s local area network"IEEE Photon.Technol.Lett.. 12/2. 125-127 (2000)

  • [文献書誌] Akihiro Matsutani: "Plasma diagnostics in inductively coupled plasma etching using Cl_2/Xe"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3A. 1435-1436 (2000)

  • [文献書誌] Rogerio Jun Mizuno: "A bidirectinal optical module based on stacked planar optical circuit"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3B. 1522-1528 (2000)

  • [文献書誌] Yasuhiko Aoki: "Fundamental study of parallel moduling scheme based on micro-optical bench and collimating planar microlenses"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3B. 1529-1532 (2000)

  • [文献書誌] Fumio Koyama: "Micromachined semiconductor vertical cavity for temperature insensitive surface emitting lasers and optical filters"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3B. 1542-1545 (2000)

  • [文献書誌] Takanori Takahashi: "Optical pattern recognition system based on parallel spatial filtering using synthetic discriminant function"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3B. 1571-1575 (2000)

  • [文献書誌] Takeo Katayama: "Optical pattern recognition experiments of Walsh spatial frequency domain filtering method"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/3B. 1576-1581 (2000)

  • [文献書誌] Michinori Irikawa: "Improved theory for carrier leakage and diffusion in multiquantum-well semiconductor lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/4A. 1730-1737 (2000)

  • [文献書誌] Takeru Amano: "Temperature-insensitive micromachined AlGaAs-GaAs vertical cavity filter"IEEE Photon.Technol.Lett.. 12/5. 510-512 (2000)

  • [文献書誌] Maiko Ariga: "Low threshold GaInAsP lasers with semiconductor/air distributed Bragg reflector fabricated by inductively coupled plasma etching"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/6A. 3406-3409 (2000)

  • [文献書誌] Masakazu Arai: "AlAs oxidation system with H_2O vaporizer for oxide-confined surface emitting lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/6A. 3468-3469 (2000)

  • [文献書誌] Masakazu Arai: "Vertical-cavity surface-emitting laser array on GaAs(311)B substrate exhibiting single-transverse mode and stable-polarization operation"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/6B. L588-L590 (2000)

  • [文献書誌] Nobuhiko Nishiyama: "Multi-oxide layer structure for single-mode operation in vertical-cavity surface-emitting lasers"IEEE Photon.Technol.Lett.. 12/6. 606-608 (2000)

  • [文献書誌] Shigeaki Sekiguchi: "Improvement of current injection uniformity and device resistance in long-wavelength vertical-cavity surface-emitting Baser using a tunnel junction"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/7A. 3997-4001 (2000)

  • [文献書誌] Takeru Amano: "2×2 multiwavelength micromachined AlGaAs/GaAs vertical cavity filter array with wavelength control layer"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/7A. L673-L674 (2000)

  • [文献書誌] Masakazu Arai: "Highly stable single polarization operation of GaInAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser on GaAs (311)B substrate under high-speed modulation"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/8B. L858-L860 (2000)

  • [文献書誌] Takeshi Yamatoya: "Noise suppression and intensity modulation in gain-saturated semiconductor optical amplifiers and its application to spectrum-sliced light sources"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/8B. L861-L863 (2000)

  • [文献書誌] 品田聡: "微小共振器面発光レーザによる近接場光生成"電子情報通信学会論文誌. J83-C/9. 826-833 (2000)

  • [文献書誌] 武内健一郎: "GaAs/GaAlAs系面発光レーザにおけるAlAs選択酸化プロセスの改良と単一モード発振特性"電子情報通信学会論文誌. J83-C/9. 904-907 (2000)

  • [文献書誌] Masao Kawaguchi: "Low threshold current density operation of GaInNAs/GaAs quantum well lasers grown by metalorganic chemical vapour deposition"Electron.Lett.. 36/21. 1776-1777 (2000)

  • [文献書誌] Dietmar Schlenker: "Inclusion of strain effect in miscibility gap calculations for III-V semiconductors"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/10. 5751-5757 (2000)

  • [文献書誌] Akihiro Matsutani: "Emission spectrochemical analysis in dry etching process of InP by Cl_2- inductively coupled plasma"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/10. 6109-6110 (2000)

  • [文献書誌] Nobuhiko Nishiyama: "1.15μm lasing operation of highly strained GaInAs/GaAs on GaAs (311)B substrate with high characteristic temperature (T_0=210 K)"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/10B. L1046-L1047 (2000)

  • [文献書誌] Shunichi Sato: "Continuous wave operation of 1.26μm GaInNAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting lasers grown by metalorganic chemical vapour deposition"Electron.Lett.. 36/24. 2018-2019 (2000)

  • [文献書誌] Kenichi Iga: "Surface emitting laser-its birth and generation of new optoelectronics field"IEEE J.Select.Top.Quantum Electron.. 6/6. 1201-1215 (2000)

  • [文献書誌] Masao Kawaguchi: "Optical quality dependence on growth rate for metalorganic chemical vapor deposition grown GaInNAs/GaAs"Jpn.J.Appl.Phys.. 39/12A. L1219-L1220 (2000)

  • [文献書誌] Dietmar Schlenker: "Critical layer thickness of 1.2-μm highly strained GaInAs/GaAs quantum wells"J.Crystal Growth. 221. 503-508 (2000)

  • [文献書誌] Nobuhiko Nishiyama: "Growth and optical properties of highly strained GaInAs/GaAs quantum wells on (311)B GaAs by MOCVD"J.Crystal Growth. 221. 530-534 (2000)

  • [文献書誌] Shigeki Makino: "GaInNAs/GaAs quantum dots grown by chemical beam epitaxy"J.Crystal Growth. 221. 561-565 (2000)

  • [文献書誌] Yasuhiko Aoki: "Collimation characteristics of planar microlens for parallel optical interconnect"Optical Review. 7/6. 483-485 (2000)

  • [文献書誌] Yuji Shimada: "Parallel optical-transmission module using vertical-cavity surface-emitting laser array and micro-optical bench (MOB)"Jpn.J.Appl.Phys.. 40/2A. 114-116 (2001)

  • [文献書誌] Takeo Kageyama: "Room temperature continuous-wave operation of GaInNAs/GaAs VCSELs grown by chemical beam epitaxy with output power exceeding 1mW"Electron.Lett.. 37/4. 225-226 (2001)

  • [文献書誌] Takashi Kondo: "Lasing characteristics of 1.2μm highly strained GaInAs/GaAs quantum well lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 40/2A. 467-471 (2001)

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公開日: 2002-04-03   更新日: 2016-04-21  

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