2018 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Ultra-low Power-consumption Semiconductor Membrane Photonic Integrated Circuits toward On-chip Optical Interconnections
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15H05763
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
荒井 滋久 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30151137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 慎治 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 上席特別研究員 (00590473)
硴塚 孝明 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 主任研究員 (20522345)
西山 伸彦 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80447531)
雨宮 智宏 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80551275)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2019-03-31
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| Keywords | 光デバイス / 光回路 / 半導体薄膜光デバイス / 低消費電力光デバイス / 光配線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、将来的なCMOS基板上高速光通信の実現に向けて、研究代表者が提案してきた極低消費電力動作可能な薄膜半導体レーザを中心とする薄膜光回路の構築を目的としている。
平成29年度までに、薄膜レーザの低電流・高効率動作を目的として、分布反射型（DR）レーザ構造の導入を行うと共に、その低電流・高効率動作ならびに高速変調動作化に注力し、低電流動作（しきい値電流0.21 mA）および高効率動作（前方光出力に対する外部微分量子効率32%、電力変換効率12%）を両立することに成功した。さらに、その高速直接変調特性を評価した結果、変調電流効率は通常の光ファイバ通信用レーザの2-3倍と高く、信号速度と変調に用いた入力電力の比であるエネルギーコストは93 fJ/sであり、半導体薄膜レーザとして初めて100 fJ/s以下の低エネルギーコスト動作を達成した。
平成30年度は、低エネルギーコストのオンチップ光配線に向けた理論的解明を中心とした研究を行った。その結果、薄膜分布反射型レーザの回折格子を深め、活性領域である分布帰還（DFB）領域長を短縮化し、薄膜レーザと薄膜受光器間の伝搬損失を従来仮定していた5 dBから1 dBに低減することにより、変調速度20 Gbit/sにおいても20 fJ/s以下の低エネルギーコスト光リンクが構成できることを理論的に明らかにした。ここで、回折格子を深めることによる散乱損失が薄膜分布反射型レーザのしきい値電流および微分量子効率に与える影響は軽微であることを理論的に明らかにした。また、オンチップ光リンクのための超小型半導体薄膜光検出器として、後端側に回折格子分布反射器を集積して光吸収領域を短縮化した光検出器の理論解析を行い、回折格子を付加しない素子に比べて1/3の長さで動作電圧-1 Vに対して3 dB帯域17 GHzが実現可能であることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(73 results)
