サブ波長ナノワイヤ誘起シリコンフォトニック結晶レーザ

滝口雅人^{1, 2}　横尾篤^{1, 2}　野崎謙悟^{1, 2}　M. Danang Birowosuto^{1, 2}
舘野功太^{1, 3}　章国強^{1, 2}　倉持栄一^{1, 2}　新家昭彦^{1, 2}　納富雅也^{1, 2}
¹NTTナノフォトニクスセンタ　²量子光物性研究部　³機能物質科学研究部

　ナノワイヤ(NW)レーザは可視領域で研究が行われてきたが、通信波長帯では利得が小さいため実現が難しかった。我々は原子間力顕微鏡を用いて[1]、シリコンフォトニック結晶中にサブ波長サイズのInAsP/InP NWを配置したフォトニック結晶共振器を作製し［図1(a)］、世界で初めて通信波長帯でNWのレーザ発振に成功した[2,3]。本研究は将来、シリコン光回路内にナノレーザを作る手法として期待できる。
　今回用いたNWは、レーザ発振に必要な利得を得るために、結晶品質を向上させることで、偏光特性を共振器モードに一致させ、活性層体積を大きく増やした（量子井戸100層）。NW長は2.5 µm、直径114 nmで、発光は、1330 nmの通信波長帯である。図1の(b)と(c)は、CWレーザ励起の4 Kでのマイクロフォトルミネッセンス測定系によるレーザ発振前後のスペクトルと光入出力特性である。図から、レーザ発振の兆候を示すキンクが確認できる。さらに光子統計性を調べ、連続発振を確認した［図1(d)］[3]。また、本素子の特徴はNWを動かし発振波長を制御できることである［図1(e)］[2]。次に動特性を調べた。励起光を疑似ランダムパターンに変調し、素子からの出力信号を超伝導単一光子検出器と時間相関単一光子計数モジュールを用いて測定した。通常、素子直上からの測定では、結合効率が悪く、変調信号の測定は難しいが、本手法は超高感度測定を可能にする。得られた変調信号を解析しアイ開口も確認した。NWレーザで10 Gbit/sの直接変調動作を初めて実証した［図1(f)］[3]。