SiOxスポットサイズ変換器を集積したオンSiメンブレン分布反射型レーザ

西英隆^1,2　藤井拓郎^1,2　武田浩司^1,2　長谷部浩一^1,2
硴塚孝明^1,2　土澤泰^1,2　山本剛²　松尾慎治^1,2
¹NTTナノフォトニクスセンタ　²NTT先端集積デバイス研究所

　我々はSi基板上の小型・低消費電力レーザ技術の開発を進めており、これまでにオンSiメンブレンDistributed-Feedback(DFB)レーザを作製し、世界最小動作エネルギーコストである171 fJ/bitを実現している[1]。一方、Siフォトニクス技術では低損失ファイバ結合を可能にするため、Siテーパと低比屈折率差（低∆） SiO_x導波路から構成されるスポットサイズ変換器(Spot-size Converter, SSC)を開発してきた[2]。今回、分布反射型(Distributed-Reflector, DR)レーザ構造の導入によるさらなる低エネルギーコスト化、およびSiOx-SSCの集積を実現した。
　図1(a)に作製したデバイス構造を、図1(b)に上面顕微鏡像を示す。レーザ部は、結合係数1500 cm^-1を有するInP（厚さ250 nm）埋込みDFB活性領域（InGaAsP系6QW、厚さ150 nm、長さ50 µm、幅0.8 µm）、後方の高反射率Distributed Bragg Reflector (DBR)領域、および出力InP細線導波路から構成されるDRレーザとなっており、短共振器化による高変調効率化および片側出射化が可能となる。出力InP細線導波路は横方向テーパ状に形成され、SSCを介して∆ = ~3%のSiO_x導波路と接続される。
　図1(c)に作製したメンブレンDRレーザの電流－光出力(I-L)特性を示す。SiO_x導波路出口前方に設置したPDによって受光した場合、SiO_x導波路端面での反射によって大きなキンクが観測されたが、SiO_x導波路と高NAファイバ（モード径 4.1 µm）との直接接続によって受光した場合、端面反射が抑制され良好なI-L特性が得られた。閾値電流は0.6 mA、最大出力は約0.7 mWであった。ファイバ結合損失は2.7 dBが得られ、従来に比べて損失を約6 dB改善した。また、図1(d)、(e)に25.8 Gbps NRZ信号による直接変調時のアイパターンを示す。バイアス電流(I_b)が2.5 mAの際に、エネルギーコスト132 fJ/bitを達成した。