並列情報処理角半導体光変調器の集積化

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650039
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 桑村 有司 金沢大学, 工学部, 講師 (10195612)
• 研究分担者: 山田 実 金沢大学, 工学部, 教授 (80110609)
• キーワード: 半導体光変調器 / 空間光変調器 / 面型光変調器 / スマートピクセル / 光コンピュータ / 並列光情報処理 / 光論理演算

研究概要

1) 面型光変調器の試作
素子は現有の液相法によるAlGaAs結晶の多層膜成長と2回の埋め込み成長で変調器を試作する予定であったが、液相法ではAlの酸化が問題となり良質の埋め込み成長が困難であったため予定を変更し、光通信で利用されている長波長帯で動作する面型変調器をInGaAsP系材料で試作することにした。本年度は研究の初年度にあたるので、InGaAsP結晶の多層膜成長、埋め込みや成長技術、導電性透明膜を用いた電気配線パターンの試作など面型変調器の集積化へ向けての成長技術やプロセス技術の確立に重点をおき研究を行った。
2) 量子閉込構造を利用した素子設計
より低い駆動電圧で、高い消光比、低い挿入損を実現するため、多重量子井戸(MQW)構造を利用した透過型でかつ面型の光変調器の設計を行った.材料系としては、0.8μm帯で動作するGaAs/AlGaAs:MQWと1.55μm帯で動作するInGaAs/InP:MQWの2つの材料系ついて検討した.素子構造としてはp:i-MQW:n基本構造をM段積み重ねた多層膜にp型とn型からなる櫛型形状の導電層を利用してi-MAWに横方向から電圧を加える構造を仮定した.高性能化には、MQW中の不純物濃度をt1×10^<15>cm^<-3>以下にすること、井戸厚の揺らぎの標準偏差値を0.2nm以下にすることが重要であることがわかった。最適化したGaAs/AlGaAs:MQWではバルク結晶の3倍消光比を大きくでき(InGaAs/InP系では2倍)、5Vの電圧変化で消光比20dB、挿入損2dB、動作速度数GHzの性能を有する素子構造が設計できた。

研究成果

• [文献書誌] Yuji Kuwamura: "Design and Fabrication of a Surface-Illuminated-Type Semiconductor Optical Modulator with Electron-Depleting Absorption Control" Electronics and Communications in Japan Part II. Vol.81・No.11. 42-53 (1998)
• [文献書誌] Minoru Yamada: "Theoretical characterization of feedback induced noise in a self-sustained pulsation laser" Proceedings of SPIE. Vol.3419. 388-398 (1998)
• [文献書誌] Minoru Yamada: "Computer Simulation of Feedback Induced Noise in Semiconductor Lasers Operating with Self-Sustained Pulsation" IEICE Transactions on Electronics. Vol.E81-C・No.5. 768-780 (1998)
• [文献書誌] Moustafa Ahmed: "An infinite order perturbation approach to gain calculation in injection semiconductor lasers" Journal of Applied Physics. Vol.84・No.6. 3004-3015 (1998)
• [文献書誌] Minoru Yamada: "Theoretical Proposal for a Unidirectional Optical Amplifier" IEEE Journal of Quantum Electronics. Vol.35・No.2(発表予定). (1999)
• [文献書誌] 桑村有司: "多重量子井戸構造を用いた低電圧駆動平面型光変調器の設計" 電子情報通信学会論文誌C-I. Vol.J82-C-I・No.4(発表予定). (1999)
• [文献書誌] 菅野卓雄:編集: "応用物理用語 大事典" オーム社, (1998)
• [文献書誌] 山田実:共執筆: "速解 光サイエンス辞典" オプトロニクス社, (1998)