GaInAsP/InP半導体薄膜DFBレーザの電流注入動作と熱特性解析

摘要

We have proposed a semiconductor membrane distributed feedback (DFB) laser as a light source for on-chip optical interconnection. The membrane laser consisting of low refractive-index cladding layers is expected to operate with ultra-low threshold current due to its strong optical confinement effect. Up to now, we fabricated the device with the core layer thickness of 450 nm and the cavity length of 300 μm. Although a threshold current of 11 mA was observed under RT-pulsed condition, a RT-continuous-wave (CW) operation wasn't achieved. Then, we theoretically investigated thermal characteristics of the membrane laser by using simulated temperature distribution. As a result, thermal resistance of the fabricated device was estimated to be 1100 K/W and it was confirmed that the RT-CW operation was very difficult. Next, the thermal characteristics of the membrane laser with the core layer thickness of 150 nm were calculated. Even though the thermal resistance was estimated to be 7000 K/W at a driving current of 1 mA, it was revealed that a RT-CW operation with alight output power required for 10 Gbit/s on-chip optical interconnection can be obtained.%我々は、オンチップ光インターコネクション用の光源として半導体薄膜（membrane)DFBレーザを提案してきた。半導体薄膜レーザでは、クラッド層に低屈折材料を用いた強い光閉じ込め効果により極低しきい値での動作が期待されている。これまでに、コア層厚450nm、共振器長300μmの半導体薄膜DFBレーザを試作し、しきい値電流値11mAの室温パルス発振を得た。しかし、室温連続動作には至っておらず、この原因を検討するため熱分布シミュレーションによる熱特性の解析を行った。その結果、試作した構造における熱抵抗値は1100K/Wと見積もられ、室温連続発振が困難であることが明らかとなった。そこで、将来的に極低しきい値動作が期待されるコア層厚150nmを有する半導体薄膜レーザについても同様の理論解析を行った。動作電流1mAにおいて熱抵抗値は7000K/Wと大幅に上昇するが、強い光閉じ込め効果に伴う極低しきい値動作が可能となるため、室温連続動作条件下で10Gbit/sのオンチップ光ィンターコネクションを行うのに十分な光出力を得られることを示した。