半導体デジタル全光デバイス・集積回路の研究開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205055
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中野 義昭 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50183885)
• 研究分担者: 清水 大雅 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50345170) ; 霜垣 幸浩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60192613)
• キーワード: 有機金属気相エピタキシー / MOVPE / 選択成長 / 能動 / 受動集積 / 電界吸収光非線形性 / 方向性結合器 / 光論理ゲート / 光フリップフロップ

研究概要

本研究では,フォトニックネットワークにおいて伝送光信号のデジタル処理を電子回路の助けを借りずに行う超小型・超高速・低消費電力の半導体デジタル全光デバイスを開発し,それらを単一の半導体基板上にモノリシック集積化して,再生中継や時分割多重/分離を行うワンチップ機能回路を実現することを目的としている.平成14年度は,具体的には以下の研究を行った:
(1)有機金属気相エピタキシーによる能動/受動集積化技術の確立:モノリシック集積光デバイス・回路における能動素子と受動素子の一括形成・集積化技術を,有機金属気相エピタキシ(MOVPE)の選択成長に依拠して研究し,そのメカニズムを明らかにすると共に,選択成長のシミュレーション技術を開発した.その結果を基に,現在選択成長設計支援ツールを構築中である.
(2)半導体デジタル全光デバイスの解析・設計:本年度は,量子井戸電界吸収型(EA)光非線型媒質と方向性結合器(DC)との集積化による光論理ゲート,非線型方向性結合器と双安定半導体レーザとの集積化による全光フリップフロップ,および能動MMIカプラ/マッハツェンダー干渉計における2モード発振を利用した高速全光フリップフロップについて,動作特性の解析と素子の設計を行った.
(3)半導体デジタル全光デバイスの試作:(2)の設計に基づき,波長1.55μm帯で動作するInGaAsP/InPデジタル全光デバイス,具体的には,量子井戸電界吸収型(EA)光非線型媒質と方向性結合器(DC)との集積化による光論理ゲート,非線型方向性結合器と双安定半導体レーザとの集積化による全光フリップフロップの試作を行った.
(4)試作デバイスの特性測定評価:試作デバイスの全光制御動作特性を,主に静特性の観点から詳細に測定評価した.

研究成果

• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "All-optical wavelength converter based on directional coupler with electroabsorption and exciton effect"Conference Proceedings, 14th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials(IPRM'O2). A7-3. 471-474 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Analysis on selective area growth of InGaAsP by MOVPE"Workbook, 11th International Conference on Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy. Mon-3. 76 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Analyses of selective area MOVPE growth and coupling with reactor scale 3-dimensional CFD simulation"Extended Abstracts of the 21st Electronic Materials Symposium. E4. 135-136 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "(Invited Paper) SOA-integrated Mach-Zehnder interferometer all-optical switch by selective area MOVPE"Technical Digest, Topical Meeting on Integrated Photonics Research(IPR2002). IWC3. 38-39 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Realization of all-optlcal flip-flop using bistable laser diode with nonlinear directional coupler"Conference Digest, 18th IEEE International Semiconductor Laser Conference. WA7. 121-122 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Proposal of wavelength trimming of 1.55 オ m GC-DFB laser using photoabsorption-induced disordering of superlattices"Conference Proceedings, IEEE Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting(LEOS2002). Vol.2ThS5. 797-798 (2002)
• [文献書誌] 宮下大輔: "MOVPE選択成長によるSOA・位相変調器集積干渉計型全光スイッチの試作と評価"電子情報通信学会技術研究報告(光スイッチング研究会,OPE, LQE, OFT共催). PS2002-97. 73-76 (2003)
• [文献書誌] Weerachai Asawamethapant: "Fabrication and wavelength adjustment of a WDM gain-coupled DFB laser array with superlattice trimming layer"Technical Digest, Conference on Optical Fiber Communication(OFC2003),. TuG2. 184-185 (2003)
• [文献書誌] Xueliang Song: "InGaAsP/InP compact monolithic SOA-integrated Mach-Zehnder interferometer all-optical switches by single-step selective-area MOVPE and their switching performance"Proceedings of the 11th European Conference on Integrated Optics(ECIO'O3). Vol.1. 187-190 (2003)
• [文献書誌] Mitsuru Takenaka: "Proposal of an all-optical flip-flop using a cross-coupled MMI bistable laser diode"Proceedings of the 11th European Conference on Integrated Optics (ECIO'O3). Vol.1. 335-338 (2003)
• [文献書誌] Daisuke Miyashita: "Fabrication and characterization of SOA and phase shifter integrated interferometer all-optical switches by single-step GalnAsP/InP selective area MOVPE"Conference Proceedings, 15th International Confernce on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM'O3). (to be published). (2003)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Semiconductor lasers and applications, vol.4913"Semiconductor lasers and applications. 314 (2002)