次世代光通信・光情報処理を担う小型高性能光源の開発を目的に，以下の研究を行っている．これまで世界に先駆けて行ってきた利得結合(GC)分布帰還型(DFB)半導体レーザに関し，最近は特に，マストランスポートにより形成されるV溝InP基板上のInAsP圧縮歪み量子細線を，活性層および利得結合回折格子に適用せんとしている．また，波長分割多重(WDM)光通信用多波長レーザアレイに向けた発振波長トリミング技術についても引き続き研究を行っており，電子線描画回折格子と超格子トリミング層を有する4波長GC DFBレーザアレイ試作実験を遂行している．また，能動半導体媒質の光非線型性を利用した光メモリの研究も行っており，方向性結合配置した双安定レーザダイオードによる全光学的セットリセットフリップフロップ動作を実現した．これらと並行して，空間光伝送向けの高出力発光ダイオード(LED)・スーパールミネッセントダイオード(SLD)の研究，通信用非冷却レーザに向けた温度補償ヒートシンクの研究，などを行っている．
For the purpose of developing compact and high-performance light sources for next generation optical communication and optical information processing applications, we are pursuing the following research subjects. Concerning the gain-coupled (GC) distributed feedback (DFB) semiconductor laser that we have been pioneering, we are recently trying to apply compressively-strained InAsP quantum wires formed by mass transport on V-grooved InP substrates to the active region as well as to the gain grating. We are also studying wavelength trimming technique for multiple wavelength laser arrays in WDM (wavelength division multiplexed) optical communications, and have conducted fabrication of a four-wavelength GC DFB laser array with a super-lattice trimming layer and gratings delineated by electron-beam lithography. Concurrently, we are investigating optical memory devices based on optical nonlinearity in active semiconductor medium, and have achieved all-optical set/reset flip-flop operation in directionally-coupled bistable laser diodes. Besides these, we are researching on high-power light-emitting diodes (LEDs) and super-luminescent diodes suitable for optical free-space data links, and on temperature-compensated heatsink structure for uncooled telecom lasers.
半導体量子井戸／超格子構造のポテンシャル形状を人工的に原子層オーダで制御すると，本来半導体の持っていた光物性を大幅に改変することができる．本研究では，そのような人工光物性を利用して，半導体光変調器／光スイッチや光制御デバイスの性能革新を行うことを目的としている．特に，電界吸収(EA)変調器のチャープパラメータの負符号化を可能とする新たな変調ポテンシャル構造として「非対称3重結合量子井戸」を提案し，同量子井戸を有するEA変調器の試作を行っている．さらに，吸収端から離れた透明波長域においても大きな電界屈折率変化の得られる3重結合量子井戸構造を新たに考案し，その実証実験を進めている．並行して，EA変調器を光非線型媒質として用いる新しい全光波長変換器／全光スイッチを提案し，光誘起屈折率変化の偏光依存性を利用した高性能全光波長変換器を実現した．現在，マッハツェンダー干渉計型素子への展開を図っている．また，将来の超高速全光スイッチに向けて，窒化物ヘテロ構造におけるサブバンド間遷移の研究を開始し，有機金属気相エピタキシャル成長(MOVPE)によるクラックフリーAlN/GaN超格子構造の作製に成功した．さらに，磁性体と半導体の融合を通じた非相反光デバイスの実現を目指して研究を行っている．
By artificial manipulation of potential profiles in semiconductor quantum well and super lattice structures with accuracy of atomic order, one may significantly alter inherent optical properties of semiconductors. The purpose of this research is to bring about innovation in semiconductor optical modulators/switches and light-controlling devices by making use of such artificial optical properties. More specifically, we have proposed "asymmetric triple coupled quantum wells (ATCQW)" as a new potential tailored structure that can make the chirp parameter of electro-absorption (EA) modulators negative, and are fabricating actual EA modulators having the ATCQW. Another triple coupled quantum well structure is investigated for large electro-refraction in transparent wavelength range apart from the absorption edge. Besides these activities, we have proposed new all-optical wavelength conversion/all-optical switching concept using EA modulators as optical nonlinear media, and realized a high-performance wavelength converter making use of polarization dependence of photo-induced refractive index change. Its expansion into Mach-Zehnder interferometer (MZI) devices is presently being pursued. Also we have started research on sub-band transition in nitride heterostructures for future ultrafast all-optical switches, and succeeded in fabricating crack-free AlN/GaN superlattice structures by metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Furthermore, research is conducted towards realization of non-reciprocal photonic devices through fusion of magnetic and semiconductor materials.
モノリシック集積された光デバイス／回路では，単体素子では得られない多くの機能や高い性能が実現され得るため，高度な光通信，光情報処理・記録，光計測を行う際の切り札として期待されている．本課題では，光集積回路実現のために重要な能動素子／受動素子一括集積技術として面積選択有機金属気相エピタキシャル成長(MOVPE)を取り上げ，研究を行っている．特に最近は，多モード干渉(MMI)デバイスと半導体光アンプを集積化したMZI型全光スイッチ集積回路の設計と試作に取り組み，選択成長による同光回路を世界で初めて実現した．そのほか，選択成長によるアレイ導波路格子(AWG)と能動素子の集積化，選択成長によるスポットサイズ変換器の集積化に向けても，研究を展開している．並行して，光集積回路を実現する基礎となるプロセス技術について，メカニズムの解明とプロセスの高度化を目指して研究している．特にin-situエリプソメトリを利用して，MOVPE成長InGaP/GaAs界面において単原子レベルの界面急峻性を確保するガス切り替え法を開発した．また昨年度までに確立した水平型MOVPEリアクターにおけるInGaAsP四元混晶の成長シミュレーション技術を，より広範な成長条件や大型のリアクターに対し適用できるように，選択成長から得られるデータを元にその普遍化を行っている．一方，メタン・水素・アルゴン混合ガスと酸素の短周期交互供給による，GaN系およびInAlAs/InGaAsP/InP系半導体の反応性イオンビームエッチングに関しても研究を行い，技術の体系化を行った．
Monolithically-integrated semiconductor optical devices and circuits are the key to advanced optical communication, optical information processing, and optical measurement applications since they could provide more complex functions and higher performances over discrete devices. In this work, we are investigating area-selective MOVPE as an important technology for active/passive integration in monolithic photonic integrated circuits. Recently, we tackled design and fabrication of an MZI all-optical switch circuit integrating multi-mode interference (MMi) couplers and semiconductor optical amplifiers (SOAs), and successfully realized the circuit by the selective-area MOVPE for the first time in the world. The research is deployed toward integration of arrayed-waveguide gratings and active devices by the selective area growth (SAG), and toward integration of spot-size converters by the SAG. At the same time, semiconductor processing technologies necessary for fabricating photonic integrated circuits are studied, by placing emphasis on clarification of mechanisms and innovation in processing method. In particular, we have established a gas-switching method that secures interface abruptness of mono-atomic level at InGaP/GaAs interfaces formed by MOVPE by utilizing in-situ ellipsometry. Furthermore, the growth simulation technique for InGaAsP quaternary materials in horizontal MOVPE reactors developed by the past year is being made more universal based on the data obtained in the SAG experiment, so as to cover wider growth condition ranges and larger scale reactors. Research is also conducted on reactive ion etching of GaN and InAlAs/InGaAsP/InP related materials with short-period alternating injection of methane/hydrogen/argon gas mixture and oxygen, to result in systematization of the technology.