複数の狭線幅波長可変光源・変調器の一体集積化とデジタルコヒーレント通信への応用

多个窄线宽波长可调光源和调制器的集成及其在数字相干通信中的应用

• 批准号: 15J11774
• 负责人: 鈴木 純一
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11774/
• 关键词: 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

近年のインターネットトラフィックの急増傾向が続くと数十年内に通信に用いられる電力が日本の総発電量に達するとも言われている。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、光送受信器の大容量化、少消費電力化が急務であり、種々の光素子を一体集積した光集積回路により解決が見込まれる。このような光集積回路を実現するにあたり、窒素プラズマを用いたウェハの直接接合法を用いたIII-V/Siハイブリッド集積を提案している。これにより、Siのみでは集積が困難であった光源などの能動素子の一体集積が可能となり、自由度の高い光集積回路の実現が期待できる。III-V/Siハイブリッド光集積回路実現へ向け、基本素子となる光源部が重要となる。他研究機関から報告されているハイブリッドレーザは、従来のIII-V族化合物半導体ベースのレーザと比較して、高しきい値電流、低外部微分量子効率となっている。実用的な光回路実現に向け、集積回路向け光源の高効率化と複数デバイスの集積化を目指し、高効率なハイブリッド集積光増幅器およびSi導波路とハイブリッド光集積デバイスとの結合の実現が必要となる。本研究ではIII-V/SOIハイブリッド集積による波長可変光源の研究に取り組み、以下の研究成果を挙げた。(1)ハイブリッド集積光増幅器と受光器を作製し、増幅器においては正のデバイス利得を、受光器においては従来のIII-V族化合物半導体材料のものと同等の感度を持つことを確認した。(2)Si導波路とIII-V/SOIハイブリッド集積デバイス間の光接続構造において、0.1dB程度となる非常に高い結合効率を持つテーパ型モードカプラの実現を達成した。以上の研究結果から、これらの達成した技術を集約することでSi導波路と一体集積したAlInAs酸化狭窄構造を有する高効率なハイブリッドレーザの実現、波長可変光源とSi導波路の一体集積化、変調器との集積が可能である。

据说，如果互联网流量最近的趋势继续急剧增加，用于通信的电力将在几十年内达到日本的总发电。为了满足对大容量通信和功耗问题的需求，迫切需要提高光学收发器和接收器的容量和功耗，以及预计将解决各种光学元素的光学整合电路。在实现这种光学整合电路时，我们建议使用使用氮等离子体的晶片的直接键合方法提出了IIII-V/Si杂种整合。这允许将活动元素（例如光源）的集成集成，这些元素可能很难与SI集成，并且有望实现高度灵活的光学整合电路。为了实现IIII-V/SI混合光学综合电路，作为基本要素的光源部分将变得很重要。与常规的III-V组基于半导体激光相比，其他研究机构报道的杂种激光器具有更高的阈值电流和较低的外部差异量子效率。为了实现实用的光电电路，有必要实现高效率的集成电路源并集成多个设备，并实现高效率的混合集成光学放大器和Si波导和混合光学集成设备。这项研究的重点是使用III-V/SOI混合整合的可变波长光源的研究，并获得了以下研究结果。 （1）制造了混合集成的光学放大器和接收器，并确认放大器具有正极的设备增益，并且接收器具有与常规III-V组化合物半导体材料相同的灵敏度。 （2）在SI波导与III-V/SOI混合设备之间的光学连接结构中，已经达到了一个极高的耦合效率的锥形模式耦合器，约为0.1db。基于上述研究结果，有可能实现与Si波导集成的Alinas氧化收缩结构高效的混合激光器，整合了可调波长光源和SI波导，并与调节器集成。

项目成果

90 °C continuous-wave operation of GaInAsP/InP membrane distributed-reflector laser on Si substrate

Si 衬底上 GaInAsP/InP 膜分布反射器激光器的 90 °C 连续波运行

• DOI: 10.7567/apex.10.032702
• 发表时间: 2017
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takuo Hiratani;Daisuke Inoue;Takahiro Tomiyasu;Kai Fukuda;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

プラズマ活性化貼付法を用いたAlInAs酸化狭窄構造を有するGaInAsP/SOIハイブリッドレーザの作製

采用等离子体激活粘贴法制造具有 AlInAs 氧化物限制结构的 GaInAsP/SOI 混合激光器

• 发表时间: 2016
• 作者: 鈴木 純一;林 侑介;井上 慧史;Shovon MD Tanvir Hasan;雨宮 智宏;西山 伸彦;荒井 滋久
• 通讯作者: 荒井 滋久

III-V/SOIハイブリッドデバイスのSi導波路結合器部のテーパ先端幅許容度向上に向けた検討

提高III-V/SOI混合器件硅波导耦合器部分锥尖宽度公差的研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Zhang;H.;新津葵一;鈴木 純一
• 通讯作者: 鈴木 純一

Design of Coupling Structure between RSOA and SiN Waveguide

RSOA与SiN波导耦合结构设计

• 发表时间: 2017
• 作者: Komolvilas;V. and Kikumoto;M.;J. Suzuki
• 通讯作者: J. Suzuki

III-V/SOI ハイブリッドデバイス/Si 細線導波路間テーパ型モード変換器の構造評価

III-V/SOI混合器件/硅细线波导之间的锥形模式转换器的结构评估

• 发表时间: 2018
• 作者: D.Moraru;M.Shibuya;R.Nuryadi;M.Hori;Y.Ono;M.Tabe;鈴木 純一
• 通讯作者: 鈴木 純一