| 研究課題/領域番号 |
15J11774
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
鈴木 純一 東京工業大学, 大学院理工学研究科(工学系), 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| キーワード | 半導体レーザ / シリコンフォトニクス / ウェハ直接接合 / III-V/Siハイブリッド集積 / AlInAs酸化狭窄 |
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| 研究実績の概要 |
大容量通信への需要と消費電力問題に対応するためには、通信処理のコア部品となる光ルータ・光送受信機の大容量化・低消費電力化が急務であり、低消費電力化のためには集積型求められる。本研究ではシリコン上にIII-V族化合物半導体を直接貼付けるIII-V/Siハイブリッド光集積回路の実現を目指す。現状、III-V/Siハイブリッド光回路の基本素子となるハイブリッドレーザは、従来のIII-V化合物半導体ベースのレーザに比べて性能が劣るため、初期段階として高効率ハイブリッドレーザの実現を研究目的とする。そしてCバンド帯をカバーする超狭線幅高効率波長可変レーザの実現、デジタルコヒーレントトランシーバの実現を達成し、狭線幅100 kHzを切る位相安定性の高いレーザ光源と、デジタルコヒーレント通信に向けた高速位相変調送受信機の一体集積を最終目標とする。
本研究ではIII-V/SOIハイブリッド集積による波長化変光源の研究に取り組み、本年度は導波路結合型高効率ハイブリッドレーザに向けた取り組みとして、以下の研究成果をあげた。
(1) AlInAs酸化電流狭窄層の導入に向け、酸化に必要とされる500°C近い高温加熱による光学特性および電流電圧特性の悪化抑制方法を確立した。
(2) Si導波路とIII-V族化合物半導体との間に中間層を導入し、高効率ハイブリッドレーザ実現に不可欠となる高効率、低反射となるIII-V/SOIハイブリッド光モード変換器を設計した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
AlInAs酸化狭窄層を導入するにあたり必要となる熱酸化処理時のウェハダメージについて詳細な検討を行い、熱酸化処理の際に重要な層の上部にキャップ層を残すことで光学特性への影響抑制のみならず、電気特性への影響である、電気抵抗の悪化も改善することに成功した。これにより異常な形状であった電流電圧特性が良好化し、不要な再結合の低減による内部量子効率の向上が期待される。
また光増幅器に向けて必要となる高効率結合・低反射率光モード変換テーパの実現に向け、III-V族化合物半導体層とSiの接合界面に中間層を導入した構造についてのシミュレーションを行った。SiO2中間層の導入により光の進行方向に対する屈折率変化が緩やかとなり、形成に難のある鋭利なテーパ先端幅に対する許容度の改善が確認された。
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| 今後の研究の推進方策 |
各アイランドをSi導波路で接続し、それぞれをレーザ・増幅器・変調器・受光器などとして動作させることで光集積回路としての実現可能性を示す。それに伴いリング共振器型ミラーの構造の再計算およびSi導波路グレーティング型ミラーを取り入れることで光出力ポートの単一化を行う。
各アイランドの接続と異なるデバイスとしての動作が確認出来次第、酸化狭窄構造や高効率光モード変換テーパ、熱放出効率向上に向けた電気配線を導入する。光回路としての性能向上を図り、Siプラットフォーム上光集積回路としてのハイブリッド集積の有用性を示す。
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