シリコン細線上に集積したLEAPレーザ

武田浩司^1,2　藤井拓郎^1,2　新家昭彦^1,3　土澤泰^1,2　西英隆^1,2
倉持栄一^1,3　納富雅也^1,3　硴塚孝明^1,2　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　³量子光物性研究部

　データセンタや高機能コンピュータにおいて、データ通信がその性能のボトルネックとなりつつある。そこで高速・大容量の光インターコネクトをこれまでより短距離の領域にも適用する試みが進められている[1]。短距離光インターコネクトはチャネル数が多いため、低エネルギーで動作する素子を高密度で配置する必要がある[2]。そこで、我々はこの要求を満たすため、低しきい値電流で動作可能なフォトニック結晶(PhC)レーザをSi導波路と集積した素子を作製し、室温連続発振を得ることに成功した。
　素子は以下の手順で作製した。InP基板上にInGaAsエッチストップ層と、InGaAsP多重量子井戸を結晶成長した。その上にプラズマCVD法でSiO₂を成膜した。別途Si導波路加工を済ませたSOIウエハを用意し、InPと酸素プラズマアシスト法を用いてウエハ接合した。InP基板を除去した後に、エッチングと再成長によって埋め込み活性層を形成した。その後、イオン注入と熱拡散によってn、pのドーピングを行い、電子線リソグラフィとドライエッチングでPhC穴を形成した。最後に素子上面に電極を形成した。作製した素子の模式図を図1(a)に示す。微小な活性層が埋め込まれた構造から、我々は本素子を波長サイズ埋込活性層PhC (LEAP)レーザと呼んでいる。
　作製した素子に電流を注入し、光出力および印加電圧を測定した（L-I-V特性）。その測定結果を図1(b)に示す。我々は初めてSi細線上のLEAPレーザの室温連続発振を実現し、しきい値電流は 42 µAであった。最大光出力は先球ファイバにおいて0.72 µW（結合損を含む）が得られた。発振時の素子の赤外線画像を図1(b)に合わせて示す。素子からの光がSi導波路を導波していることを確認した。我々はこのSi細線結合LEAPレーザの室温連続発振実現は、短距離光インターコネクトに向けた重要な一歩と考えている。