オンチップ光配線に向けたメンブレン光集積素子の研究

片上光互连薄膜光集成器件研究

• 批准号: 13J08092
• 负责人: 李 智恩
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08092/
• 关键词: Si上III-V族薄膜光集積素子; BCBを介した異種基板貼付; III-V族化合物半導体細線導波路; 多重量子井戸無秩序化; III-V族化合物半導体幅広導波路; 低損失GaInAsP細線導波路; 低損失GaInAsP幅広導波路; 薄膜光集積回路; 光インターコネクション; Butt-joint regrowth法; Quantum-well intermixing

オンチップ光配線に向けたメンブレン光集積素子の実現のため、下記に取り込んだ。1. 低損失化合物導波路作製法の検証(1)Si/GalnAsPの異種基板貼付プロセスの確立 :貼付前のBCB前熱処理時間を延長することでvoid-freeの良好な貼付界面及び大面積の貼付を達成した。(2)GalnAsP細線導波路作製法の確立 :小型・低損失曲げ伝搬が可能なSiO_2埋め込み導波路の側壁ラフネスの低減を目的とした、電子線描画条件及びエッチングのプロセス条件を改良することで、導波路の伝搬損失を17dB/cmから4dB/cm(size : 500nm×150nm)まで低減した。(3)GalnAsP幅広導波路作製法の確立 :導波路の幅をレーザのコア幅程度に広くすることにより結合損失及び伝搬損失が低減可能な幅広導波路を作製し、導波路損失を2dB/cm(size : 2500nm×150nm)まで低減した。2. レーザ・導波路の集積素子作製法の検証(1)集積モデルの構造設計 :レーザと導波路の結合部を光モード分布差の少ない幅広構造とすることで結合損失が0.1dB以下(反射戻り光-40dB以下)、曲げ部分の半径を5μm以下とすることで曲げ損失が0.1dB以下となる集積構造を設計した。(2)多重量子井戸無秩序化を用いた集積法の確立 :点欠陥を多く含むSiO_2マスクと高膜質のSiO_2保護層を導入した新しい多重量子井戸無秩序化プロセスを用いることにより、高いPL発光強度を維持しつつ、能動領域と受動領域のPLピーク波長の差を95nm(57meV)まで、拡大することに成功した。(3)集積素子の作製・評価 :多重量子井戸無秩序化を施した後、レーザ作製プロセス及び導波路作製プロセスを応用し薄膜レーザ・導波路の集積素子を作製することまで成功した。しかし、予定より遅れたため現在評価は行われていない。

为了实现用于片上光布线的膜光学集成器件，我们采用了以下内容。 1. 低损耗复合波导制作方法验证 (1) Si/GalnAsP不同衬底键合工艺的建立：通过延长键合前的预BCB热处理时间，实现了良好的无空洞键合界面和大面积键合实现了。 (2)GalnAsP细线波导制造方法的建立：通过改进电子束拉丝条件和刻蚀工艺条件，目的是降低SiO_2嵌入波导的侧壁粗糙度，实现小尺寸、低损耗的弯曲传播。波导损耗从17dB/cm降低到4dB/cm（尺寸：500nm×150nm）。 (3)GaInAsP宽波导制作方法的建立：通过使波导宽度与激光器纤芯宽度一样宽，制作出可降低耦合损耗和传播损耗的宽波导，将波导损耗降低至2 dB/cm（尺寸：2500nm） x 150nm）。 2. 激光/波导一体化元件制作方法验证 (1) 一体化模型的结构设计：通过将激光器与波导的耦合部分做成宽幅结构，光模分布差异很小，耦合损耗小于0.1 dB（通过将弯曲部分的半径设置为小于5μm，我们设计了弯曲损耗小于0.1dB的集成结构。 (2)建立利用多量子阱无序化的集成方法：通过采用引入含有许多点缺陷的SiO_2掩模和高质量SiO_2保护层的新的多量子阱无序化工艺，可以获得高PL发射强度我们成功地将有源区域和无源区域之间的 PL 峰值波长差异扩大到 95 nm (57 meV)，同时保持相同的波长。 (3)集成器件的制作和评估：在进行多量子阱无序化之后，我们通过应用激光制造工艺和波导制造工艺成功地制造了薄膜激光/波导集成器件。然而，由于落后于计划，目前尚未进行评估。

项目成果

SiO_2保護膜を導入した量子井戸無秩序化におけるバンドギャップ波長変化

引入SiO_2保护膜的无序量子阱带隙波长变化

• 发表时间: 2014
• 作者: 李 智恩

High quality quantum-well intermixing for InP-based membrane photonic integration on Si.

用于 Si 上 InP 基膜光子集成的高质量量子阱混合。

• 发表时间: 2014
• 作者: J. Lee; K. Doi; T. Hiratani; D. Inoue; T. Amemiya; N. Nishiyama;S. Arai
• 通讯作者: S. Arai

Thermal analysis of lateral-current-injection membrane distributed feedback laser.

横向电流注入膜分布式反馈激光器的热分析。

• DOI: 10.1109/jqe.2014.2309700
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 2.5
• 作者: K. Doi; T. Shindo; J. Lee; T. Amemiya; N. Nishiyama;S. Arai
• 通讯作者: S. Arai

Sub-milliampere threshold operation of butt-jointed built-in membrane DFB laser bonded on Si substrate.

激光粘合在硅基板上的对接内置膜 DFB 的亚毫安阈值操作。

• DOI: 10.1364/oe.23.007771
• 发表时间: 2015
• 影响因子: 3.8
• 作者: D. Inoue; J. Lee; T. Hiratani; Y. Atsuji; T. Amemiya; N. Nishiyama;S. Arai
• 通讯作者: S. Arai

Room-temperature continuous-wave operation of GaInAsP/InP lateral-current-injection membrane laser bonded on Si substrate.

GaInAsP/InP 横向电流注入膜激光键合在 Si 衬底上的室温连续波操作。

• DOI: 10.7567/apex.7.072701
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 2.3
• 作者: D. Inoue; J. Lee; K. Doi; T. Hiratani; Y. Atsuji; T. Amemiya; N. Nishiyama;S. Arai
• 通讯作者: S. Arai