【研究分野】電子デバイス・機器工学

【研究領域課題番号】11355016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体光集積回路 / モノリシック光集積 / 選択成長 / MOVPE / マッハツェンダー干渉計 / MMIカプラ / 光波長変換 / 光スイッチング / MMlカプラ / AWG / MOCVD / 多モード干渉カプラ / MMI

【研究成果の概要】

1.能動/受動集積に向けた有機金属気相エピタキシャル(MOVPE)選択成長のメカニズム解明:モノリシック光集積回路作製の基本となるMOVPE選択成長につき,InPおよびGaAsの選択成長膜厚プロファイルを実験から求め,これと2次元シミュレーションを比較することにより,付着確率や拡散係数など重要なパラメータを抽出・決定した.これらを用いれば,選択成長のシミュレーションが行えるので,光集積回路マスクの計算機支援設計が可能となる.
2.バルクInGaAsP/InPハイメサ導波路構造を用いたマッハツェンダー型光スイッチ回路:InP基板上バルクInGaAsP中のフランツケルディッシュ効果に基づくハイメサ導波路構造のマッハツェンダー干渉計型光スイッチ回路を研究した.メタン・水素サイクリック反応性イオンビームエッチング技術を確立し,ハイメサ導波路の形成を可能にした.次に実際の素子を前記エッチング技術と電子線露光によって試作した.その結果,3Vという低いスイッチング電圧が,波長1.53μm〜1.56μmにおいて偏光無依存に得られた.位相変調領域長とスイッチング電圧の積は1.5V・mmであり,従来に比べ4倍改善された.
3.選択成長と多モード干渉デバイスに基づく集積型全光スイッチ回路の設計と作製:前項のMOVPE選択成長を利用して,InP基板上に半導体光アンプと多モード干渉(MMI)カプラ,入出力導波路を集積化し,全光スイッチ回路を試作した.光・光スイッチング実験において消光比改善を達成した.
4.電界吸収型(EA)光変調器における光誘起屈折率変化を利用した波長変換光回路:EA光変調器に生じる光誘起屈折率変化が偏光依存性を有することを利用して,EA変調器と偏光子からなる極めて簡単な構成で全光波長変換が行えることを実験的に示した.
5.波長割り当て光交換方式の研究:光集積回路を応用したフォトニックネットワークにおける光スイッチング方式として,「波長割り当て光交換方式」を提案し,その伝送特性解析とIP網への適用性の検討を行った.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】19,100千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】電子デバイス・機器工学

【研究領域課題番号】08555082 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多モード干渉カプラ / MMIカプラ / 光交換 / モノリシック光集積回路 / 能動 / 受動集積 / 有機金属気相エピタキシ / MOVPE / 選択成長 / InGoAsP / InP / 光集積回路 / 半導体 / 光スイッチング / 光ゲート / 面積選択成長

【研究成果の概要】

1)ソフトウェアツールMosimulの開発:多モード干渉(MMI)カプラの動作特性解析と設計を行うためのシミュレーションソフトウェアを,固有多モード展開法に基づいて開発し,これをmosimulと命名した.これを利用して,入射導波路をMMIカプラへ広角で結合した場合の特性を研究し,光集積回路上のコンパクトなベンディングデバイスとして利用可能であることを示した,2)MMIカプラ半導体光スイッチングデバイスの波長多重光交換への適用可能性:本研究の光スイッチングデバイスが光交換に適用された場合に,どの程度のメリットが生じ得るかを検討し,従来に比べ30dB以上の損失の改善が図られることがわかった.温度制御もユニット全体で一つあれば十分であり,素子間のアライメントも不要になる.3)有機金属気相拡散選択エピタキシ-技術の開発:モノリシック光集積回路を作製するにあたり,能動素子と受動素子を一括集積化する技術として,有機金属気相拡散選択エピタキシ-(metal-organic vapor phase diffusion enhanced selective area epitaxy;MOVE^2)を新たに開発した.これを用いると,1.55μm帯における能動領域と受動領域のバンドギャップ差を,組成の差のみの場合で200nm,組成と量子井戸層厚の差の両方を利用できる場合で500nmと,従来に比べ格段に大きくできる.従って,受動領域の吸収損失を最小限に抑えることが可能となる.4)MOVE^2を利用したMMIカプラ試作・開発:上記MOVE^2を応用して,MMIカプラの作製に初めて成功した.1.25μm組成のInGaAsPをコア層とし,その上にInPクラッド層をMOVE^2により形成した.MMI部の膜厚のばらつきは,伝搬軸に垂直な方向で5%以内,伝搬軸方向で10%以内であり,従来の選択成長より格段に小さくなっている.このMMIカプラにおける出力のばらつきは無視できる程度であって,挿入損失はMMI部の長さが30μmの時に2dBであった.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】10,100千円 (直接経費: 10,100千円)