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imecとゲント大学、300㎜Siウエハにレーザアレイをモノリシック成長

November, 4, 2015, Leuven/Ghent--imecとゲント大学は初めて、CMOSパイロットラインで300㎜シリコン基板にInPレーザアレイをモノリシック成長した。
 このブレイクスルー達成により、レーザ光源をモノリシック集積したコスト効果の高いフォトニック集積回路(PICs)量産への道が開ける。そのようなレーザ光源を持つPICsは、将来のロジックとメモリチップ間のデータ転送に革命を起こす。
 過去数年にわたり、クラウドデータセンタサーバ間のデータ通信需要が飛躍的に増加した、これはソーシャルネットワーキング、クラウドコンピューティングやビッグデータアプリケーションの力強い成長によるものである。シリコンフォトニクス技術によって光トランシーバのコスト効果の優れた製造が可能になると、これは電力効率が改善されたサーバやデータセンタ容量の連続的拡張につながる。しかし、この技術の広範な普及は、モノリシック集積レーザ光源の欠如によって部分的にではあるが、阻害されてきた。現在長距離通信ネットワークで利用されている、効率のよいInPベースの光源をシリコンに集積することは、両材料間の結晶格子定数の大きなミスマッチのために、非常に難しいことが知られている。
 imecとゲント大学は、このような構造的違いを克服し、通常シリコンとInPとの界面に形成される、弊害をもたらす結晶欠陥を大部分抑制した。製造グレードのMOVPE成長装置を使い、予めパタン化された酸化物テンプレートのシリコン上にInP半導体を選択成長し、300㎜基板全体にInP導波路アレイを実現した。続いて、これらの導波路の最上層に周期的なグレーティング構造をエッチングし、レーザ動作に必要となる光学フィードバックを作製した。レーザ動作は、10個のInPレーザアレイで構成された、全てのテストされたデバイスで実証された。発振しきい値ティピカル約20mWが、室温光励起により観察された。発振パフォーマンスはアレイでわずかな変動を示しており、ヘテロエピタキシャル成長InPの高い材料品質を示している。加えて、アレイにおける発振波長の分布の正確な制御も、グレーティングパラメータを調整することで実証された。
 シリコンとレーザを集積する新たに実証されたアプローチは、imecの300㎜ CMOSパイロットラインファシリティで行われた。したがって、大規模生産への道が提供されている。継続研究は、より複雑な層のスタックにフォーカスしており、これによってシリコンベースの導波路デバイスとの集積とともに、レーザの電気注入や1300nm波長レンジでの発振が可能になる。
 研究成果は、Nature Photonicsに発表されている。