波長サイズ埋込活性層フォトニック結晶(LEAP)レーザの低エネルギー直接変調

武田浩司1,3 佐藤具就1,3 新家昭彦2,3 倉持栄一2,3
納富雅也2,3 長谷部浩一1,3 硴塚孝明1,3 松尾慎治1,3
1NTTフォトニクス研究所 2量子光物性研究部 3NTTナノフォトニクスセンタ

 現在CMOSチップ上に光配線を形成し、コア間および素子間等の通信を光で行うオンチップ光インターコネクションの研究が様々な研究機関で進められている。そこで用いられる光源には、1ビット当たり10 fJ以下という、超低消費エネルギーでの動作が求められる[1]。我々はこのオンチップ、またチップ間の光通信に用いる光源として、波長サイズ埋込活性層フォトニック結晶(LEAP)レーザを開発しており[2]、今回その素子単体の動作エネルギーを直接変調動作において評価した結果を報告する。
 素子の作製手順は[3]に報告したものと類似しており、埋込活性層に対してイオン注入と熱拡散によって横方向pn接合を形成した。電子線描画とドライエッチングによりフォトニック結晶穴を形成し、ウェットエッチングでエアブリッジ構造を作製した。
 素子の25℃における光出力-電流-電圧(L-I-V)特性を図1に示す。発振しきい値電流は32 µAであり、注入電流300 µAにおける最大光出力は39.3 µWであった。これは導波路と測定に用いた先球ファイバとの結合損失約8 dBを差し引いた値である。次に、素子を10 Gb/sの擬似ランダム信号231–1で駆動し、サンプリングオシロスコープでアイパターンを取得した結果を図2に示す。素子からの出力光はEDFAによって増幅してから評価した。明瞭なアイ開口と、消光比約10 dBが得られた。この動作に必要な注入電流量はわずか80 µAであり、消費エネルギーは10 fJ/bit以下が達成された。
 本研究の一部は独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業の一環として行われた。

[1]
D. A. B. Miller, proc. IEEE 97 (2009) 1166.
[2]
K. Takeda et al., Nature Photon. 7 (2013) 569.
[3]
S. Matsuo et al., JSTQE 19 (2013) 4900311.
図1
 LEAPレーザのL-I-V特性。
図2
 80 µA注入時アイパターン。