Development of ultra-low power consumption semiconductor optical modulator integrated with antenna for next-generation radio-over-fiber systems

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本研究では、次世代光ファイバー無線（RoF）システム実現のキーデバイスとなる超低電界動作アンテナ集積型半導体器光変調器を開発し、動作実証することを目的としている。今年度は、半絶縁性InP基板上にプリンテッドダイポールアンテナ集積直線導波路型位相変調器を作製し、その動作特性を評価した。成長法には有機金属気相成長法を用い、ファウンダリに作製を依頼した。次に、電子ビーム露光法および誘導結合プラズマドライエッチング法を用いて、直線導波路構造を有する位相変調器を作製し、上部にスリットアンテナを形成した。アンテナは有限要素法解析を用いて設計し、60 GHzの無線信号に強く共振するように設計した。 平面アンテナ中央部分に微小なギャップを設けており、 このギャップ直下にはpin 接合を有する五層非対称結合量子井戸光導波路が形成されている。 この構造により無線ミリ波信号受信時にその共振電界がギャップ部で増幅され、その電界が直下の導波路に垂直に印加される。その結果、FACQWの量子閉じ込めシュタルク効果により屈折率変化を生じ位相変調を実現した。作製したデバイスの電波受信特性および位相変調特性を評価した。ミリ波信号をデバイス上部から60.0GHz無線ミリ波信号を照射し、搬送光(波長1550nm)を変調し、受信電波により光変調が実現できていることが確認された。CSR (Carrer Sideband Ratio)は約60 dBでn型InP基板を用いた先行デバイスと比較して約3 dBの特性向上が見られた。さらに、60GHz無線信号の復調実験を行い、 7dBの信号対雑音比での復調も実証した。