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| 講演名 | 2013-12-13 10:50 オンチップ光配線に向けた半導体薄膜レーザの消費電力検討 ○平谷拓生・土居恭平・厚地祐輝・雨宮智宏・西山伸彦・荒井滋久（東工大）  LQE2013-128 エレソ技報アーカイブへのリンク：LQE2013-128 |
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| 抄録 | （和） | 近年、LSIの微細化による配線遅延や発熱の影響が無視できなくなってきており、電気配線の光配線への代替が有望視されている。これまでに我々は、オンチップ光配線用光源として半導体薄膜レーザを提案してきた。半導体薄膜レーザは、薄い半導体のコア層が低屈折率材料ではさまれた構造を持ち、強い光閉じ込め効果による低しきい値動作が期待されている。今回、高効率で低消費電力な動作が期待できる半導体薄膜分布反射型レーザを提案し、その消費電力について検討を行った。結果として、短共振器な素子では高い抵抗値により駆動電力が主にジュール熱として消費されることを明らかにし、消費電力が最小となる最適な共振器長が存在することを示した。ジュール熱低減のためにp-InPクラッド層の抵抗率を0.035 $Omega$ $cdot$cm (不純物濃度$N_A$ = 4 $times$ $10^{18}$ $cm^{-3}$)まで低減した場合、共振器長17 $mu$mで最小エネルギーコスト37 fJ/bitが見積もられた。また、さらなるエネルギーコスト低減に向けた指針として、導波路損失や各素子間の結合損失などの低減が有効であることを示した。 |
| （英） | Recently, resistor-capacitor (RC) delay and heating in electrical wiring caused by miniaturization of elements in large scale integrated (LSI) circuits have become non-negligible, optical interconnection is expected as one of candidates to solve these problems. We have proposed a semiconductor membrane laser as a light source for on-chip optical interconnection. Since the semiconductor membrane laser consists of thin semiconductor core layer sandwiched between very low refractive-index cladding layers, an extremely low threshold current operation by strong optical confinement is expected. In this paper, we analyzed power consumption of semiconductor membrane distributed-reflector (DR) laser which can realize high efficiency and low power consumption operation. As a result, it was found that power consumption by Joule heating becomes dominant due to high device resistance when the cavity length becomes shorter, and the optimal cavity length which gives the minimum power consumption exists if we assume required conditions (i.e. output power and direct modulation speed) for a light source. In the case of adopting low resistivity of 0.035 $Omega$$cdot$cm ($N_A$ = 4 $times$ $10^{18}$ $cm^{-3}$), the minimum energy cost was estimated to be 37 fJ/bit at the cavity length of 17 $mu$m. Toward further reduction of the energy cost, reductions of waveguide loss and coupling loss between each device will be effective. | |
| キーワード | （和） | 半導体レーザ / 分布反射型レーザ / 表面回折格子 / 強光閉じ込め / / / / |
| （英） | Semiconductor laser / Distributed-reflector laser / Surface grating / Strong optical confinement / / / / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 113, no. 352, LQE2013-128, pp. 15-20, 2013年12月. | |
| 資料番号 | LQE2013-128 | |
| 発行日 | 2013-12-06 (LQE) | |
| ISSN | Print edition: ISSN 0913-5685 Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | LQE2013-128 エレソ技報アーカイブへのリンク：LQE2013-128 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | LQE |
| 開催期間 | 2013-12-13 - 2013-12-13 |
| 開催地（和） | 機械振興会館 |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | 半導体レーザ関連技術,及び一般 |
| テーマ（英） | |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | LQE |
| 会議コード | 2013-12-LQE |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | オンチップ光配線に向けた半導体薄膜レーザの消費電力検討 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Power Consumption Analysis of Semiconductor Membrane Lasers for On-Chip Optical Interconnection |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | 半導体レーザ / Semiconductor laser |
| キーワード(2)（和/英） | 分布反射型レーザ / Distributed-reflector laser |
| キーワード(3)（和/英） | 表面回折格子 / Surface grating |
| キーワード(4)（和/英） | 強光閉じ込め / Strong optical confinement |
| キーワード(5)（和/英） | / |
| キーワード(6)（和/英） | / |
| キーワード(7)（和/英） | / |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 平谷 拓生 / Takuo Hiratani / ヒラタニ タクオ |
| 第1著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 土居 恭平 / Kyohei Doi / ドイ キョウヘイ |
| 第2著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） | 厚地 祐輝 / Yuki Atsuji / アツジ ユウキ |
| 第3著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） | 雨宮 智宏 / Tomohiro Amemiya / アメミヤ トモヒロ |
| 第4著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第5著者 氏名（和/英/ヨミ） | 西山 伸彦 / Nobuhiko Nishiyama / ニシヤマ ノブヒコ |
| 第5著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第6著者 氏名（和/英/ヨミ） | 荒井 滋久 / Shigehisa Arai / アライ シゲヒサ |
| 第6著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Inst. of Tech.) |
| 第7著者 氏名（和/英/ヨミ） | / / |
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| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2013-12-13 10:50:00 |
| 発表時間 | 25分 |
| 申込先研究会 | LQE |
| 資料番号 | LQE2013-128 |
| 巻番号（vol） | vol.113 |
| 号番号（no） | no.352 |
| ページ範囲 | pp.15-20 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2013-12-06 (LQE) |
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