| 研究課題/領域番号 |
21K04199
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
下村 和彦 上智大学, 理工学部, 教授 (90222041)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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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 / 有機金属気相成長 / 集積化 / InP |
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| 研究実績の概要 |
シリコンプラットフォーム上に化合物半導体レーザを集積化する技術として、申請者が提案したハイブリッド集積の方法である「InP－シリコン基板の作製とその基板上での結晶成長、プロセス」を用いて光通信用送信サブシステム構築を目指した研究である。この方法は、シリコン基板に膜厚1μm程度のInP薄膜を親水性直接貼付けし、このInP－シリコン基板に有機金属気相成長による化合物半導体の結晶成長を行い、デバイスプロセスを行うことによりハイブリッド集積を実現するものである。
令和4年度においては、シリコン基板上半導体レーザのボイドによるしきい値電流に対する検討を行った。親水性直接貼付けによってInP薄膜とシリコン基板を貼り付けした場合、水によってその界面に気泡・ボイドが表れ、このボイドによって導波路内を伝搬する光の散乱が生じ、半導体レーザのしきい値電流が増加することが考えられる。このボイドを含めた光伝搬をシミュレーションし、光の散乱損失係数を求め、そしてボイドを含めたレーザのしきい値電流の数値計算を行った。
また昨年度に引き続きシリコン基板上半導体レーザにおいて歪量子井戸構造を導入したレーザの発振特性に関する研究を行った。シリコン基板上とInP基板上に井戸層の歪量を変化した半導体レーザを結晶成長し、それぞれの基板においてそのしきい値が最低となる歪量が異なることを把握した。この結果は本手法によるシリコン基板上半導体レーザの発振波長の制御を行う上で必要な実験結果と考えられる。
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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
InP-シリコン基板への有機金属気相成長法による半導体層の結晶成長技術を確立し、光通信波長である1.5μm帯半導体レーザの室温発振特性を得ている。本手法の問題点である界面に存在するボイドが光伝搬、半導体レーザのしきい値に対する影響を数値シミュレーションによって明らかにし、ボイドがある基板上の光デバイス設計に関する指針を得た。また半導体レーザの活性層である量子井戸構造において井戸層の歪量を制御し、しきい値電流が最低となる歪量を把握した。これはシリコン基板上半導体レーザの発振波長制御を行う上で重要な結果を得ることが出来たと考えられる。また半導体レーザと変調器、光スイッチとの集積化に対する選択成長技術を検討した。さらに活性層への量子ドット構造の導入に関するS-K成長モード量子ドットの検討を行っており、量子ドット構造による光増幅器の集積化も可能である。
これらの研究結果、進捗状況より本提案方法によるハイブリッド集積化技術に関する研究が順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の最終年として、ハイブリッド集積化に関する研究を実施する。
シリコン基板上半導体レーザの室温連続発振のため、また導波路の単一モード化のためにリッジ構造、埋込構造、ハイメサ構造を検討する。また半導体レーザと光変調器、光スイッチとの集積化、また量子ドット構造を用いた光増幅器の集積化を目指して、選択成長技術、S-K成長モードによる量子ドット成長技術の検討、また異種デバイス間の接続方法の検討を行い、シリコンプラットフォームにおいて複数の機能デバイスを集積化する方法の開発を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度の研究実施において、想定した研究費よりも低い予算額で研究が実施できたため、次年度への研究費に繰り越すこととした。
次年度においては繰り越し額を半導体基板等の消耗品購入に充てる予定である。
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