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2020 年度 実績報告書

大幅なデータ伝送エネルギーコスト低減を目指す高効率Si基板上半導体薄膜レーザ実現

研究課題

研究課題/領域番号 20H02200
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, 教授 (80447531)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード半導体レーザ / 接合 / 半導体薄膜 / オンチップ光配線
研究実績の概要

初年度である2020年度において、まず、メンブレンレーザの最適な光閉じ込め構造の提案として、横方向埋め込みリッジ構造と縦方向ACPM構造について理論計算を行った。まず横方向埋め込みリッジ構造では、適切なリッジ高さを形成することによって光閉じ込め係数の向上とともに、電極-活性層間距離を短縮できることから、電気抵抗も低減できることを明らかにした。またACPM構造については、電流を注入していった際のキャリア分布の共振方向不均一性が導入によって緩和されることを明らかにした。ACPM構造については、引き続き2021年度も数値計算を継続することとしているが、横方向埋め込みリッジ構造では、構造を決定したため、実際に作製を行った結果、従来に比べ20%のしきい値低減と、35%の電気抵抗低減を同時に実現できることを実証した。
また、熱抵抗低減のためのSiナノフィルムを利用した直接接合について、その条件を最適化し、フォトルミネッセンス測定やX線回折測定を通じて、ウェハへのダメージなどはほぼないことが分かった。また、CMPプロセスで、結晶再成長で生じた表面の凹凸を平坦化するプロセスの確立にも成功した。そのため、当初の計画を先取りし、実際にこの接合方法を利用したメンブレンレーザを作製した結果、室温連続発振を達成するとともに、環境温度を変化し特性を測定することによって、従来に比べ熱抵抗を50%低減することに成功した。これは、理論計算で計算した値とほぼ一致し、接合方法変更による熱抵抗低減が可能であることを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

直接接合に関して、当初計画では、フォトルミネッセンスなどで接合における劣化がないことを示すとしていたが、実際にレーザ素子を作製し、その効果を立証するところまで進んだため

今後の研究の推進方策

当初の計画以上に進展しているため、このまま継続する

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] InP membrane integrated photonics research2020

    • 著者名/発表者名
      Jiao Yuqing、Nishiyama Nobuhiko、van der Tol Jos、van Engelen Jorn、Pogoretskiy Vadim、Reniers Sander、Kashi Amir Abbas、Wang Yi、Calzadilla Victor Dolores、Spiegelberg Marc、Cao Zizheng、Williams Kevin、Amemiya Tomohiro、Arai Shigehisa
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 36 ページ: 013001~013001

    • DOI

      10.1088/1361-6641/abcadd

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-quality, room-temperature, surface-activated bonding of GaInAsP/InP membrane structure on silicon2020

    • 著者名/発表者名
      Fang Weicheng、Takahashi Naoki、Ohiso Yoshitaka、Amemiya Tomohiro、Nishiyama Nobuhiko
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 060905~060905

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab958a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-quality InP/SOI heterogeneous material integration by room temperature surface-activated bonding for hybrid photonic devices2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Yuning、Nagasaka Kumi、Mitarai Takuya、Ohiso Yoshitaka、Amemiya Tomohiro、Nishiyama Nobuhiko
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 052004~052004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8434

    • 査読あり
  • [学会発表] Buried-ridge-waveguide Type GaInAsP/InP Membrane Lasers for Reduction of Differential Resistance2020

    • 著者名/発表者名
      N. Takahashi, W. Fang, W. Wang, T. Amemiya, N. Nishiyama
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of thermal shunt structure of semiconductor membrane laser based on BCB bonding for enhancing heat evacuation2020

    • 著者名/発表者名
      W. Fang, N. Takahashi, W. Wang, T. Amemiya, N. Nishiyama
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of heat generation reduction effect of semiconductor membrane laser using thermal shunt structure2020

    • 著者名/発表者名
      W. Fang, N. Takahashi, W. Wang, T. Amemiya, N. Nishiyama
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [学会発表] ハイブリッド光集積回路のこれまでとこれから2020

    • 著者名/発表者名
      西山 伸彦, 雨宮 智宏
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 西山研究室ホームページ

    • URL

      http://www.opto.ee.e.titech.ac.jp/

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公開日: 2021-12-27  

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