Si基板上半導体薄膜光集積回路の高効率と高温化動作に関する研究

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令和４年度において、目的に(1)薄膜光集積回路の高温動作の実現(>100℃)、(2)薄膜光集積回路の高速動作(常温>20 Gbps)の実現を行った。具体的には昨年実現したa-Siナノ薄膜を介した表面活性化常温接合を利用し、低熱抵抗を有する薄膜DFBレーザ、GaInAsP埋め込み導波路、p-i-n薄膜受光器(PD)をSi基板上に大面積かつ安定な集積プロセスを実現した。レーザのしきい値を低減するため、横方向光閉じ込めが上昇可能なリッジ構造も導入した。各温度下での静特性、動特性を評価した結果(1)静特性で、リッジ構造を有する低熱抵抗薄膜DFBレーザは低しきい値電流(0.27 mA)があり、PD側は従来構造(0.16 mA)の6倍くらいの最大光電流（0.95 mA）が得た。PD側の光電流(IPD)とLD側の注入電流(ILD)のスロープ効率(IPD/ILD) は従来(0.068 mA/mA)の約3倍程度(0.2 mA/mA )を得ることができた。また、最高環境動作温度は初めて120℃の連続波(CW)動作を確認した。(2)動特性で、小信号と大信号動作を25℃から80℃まで測定した。25℃と80℃での3-dB帯域は16.8 GHzと10.1 GHzを実現するとともに、信号伝送は25℃で25 Gbps、80℃で15 Gbpsを実現した。