• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of Quantum Computing System Based on Ferroelectric/Paraelectric Stacked Waveguides

Research Project

Project/Area Number 17H01063
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

KATAYAMA RYUJI  大阪大学, 工学研究科, 教授 (40343115)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩谷 素顕  名城大学, 理工学部, 教授 (40367735)
上向井 正裕  大阪大学, 工学研究科, 助教 (80362672)
宮嶋 孝夫  名城大学, 理工学部, 教授 (50734836)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥43,160,000 (Direct Cost: ¥33,200,000、Indirect Cost: ¥9,960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2018: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2017: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
Keywords窒化物半導体 / エピタキシャル成長 / 非線形光学 / 量子光学 / 第二高調波発生 / 自発パラメトリック下方変換 / 強誘電体 / 量子計算 / 光導波路
Outline of Final Research Achievements

We have developed a technique for stacking nitride semiconductors (Al,Ga)N and ferroelectric Li(Nb,Ta)O3 by artificially inverting the crystal orientation, i.e., polarity or polarization, through surface-activated wafer bonding and epitaxial growth. We have also proposed a new wavelength conversion device based on this layered structure, and have successfully demonstrated ultra-broadband wavelength conversion from 229 to 460 nm using a channel waveguide-type wavelength conversion device that was actually fabricated. We have confirmed that these wavelength conversion devices have sufficient performance as a quantum light source, and have obtained the prospect of realizing an optical waveguide quantum computation platform, which was our initial goal, by combining an optical modulator and a pumping semiconductor laser that we also developed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

成果の学術的意義は,まず新原理・新構造の波長変換素子を原理実証したことで,量子光学・非線形光学分野で使用可能な材料の選択肢を大きく広げデバイスを高性能化し、光量子計算機実現の可能性を示したことである.更に開発した表面活性化ウエハ接合技術は,異種材料を積層した透明な界面を要する新たな光学デバイス形成に有用な汎用技術となる.また社会的意義として,成果のうち特に短波長域の第二高調波発生素子は殺菌消毒や検査加工分野に広く応用可能であり,また微小共振器型素子は超広帯域な量子相関光子対発生が可能なため,超高空間分解能量子トモグラフィー,センシングなど,新たな光産業分野への応用展開が期待できる.

Report

(2 results)
  • 2021 Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Polarity inversion of aluminum nitride by direct wafer bonding2018

    • Author(s)
      Hayashi, Y; Katayama, R; Akiyama, T; Ito, T; Miyake, H
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS EXPRESS

      Volume: 11 Issue: 3 Pages: 31003-31003

    • DOI

      10.7567/apex.11.031003

    • NAID

      210000136117

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biexciton Emission From Single Quantum-Confined Structures in N-Polar (000-1) InGaN/GaN Multiple Quantum Wells2017

    • Author(s)
      Takamiya Kengo、Yagi Shuhei、Yaguchi Hiroyuki、Akiyama Hidefumi、Shojiki Kanako、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 255 Issue: 5 Pages: 1700454-1700454

    • DOI

      10.1002/pssb.201700454

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Absolute technique for measuring internal electric fields in InGaN/GaN light-emitting diodes by electroreflectance applicable to all crystal orientations2017

    • Author(s)
      Tomoyuki Tanikawa, Kanako Shojiki, Ryuji Katayama, Shigeyuki Kuboya, Takashi Matsuoka, Yoshio Honda, Hiroshi Amano
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Issue: 8 Pages: 082101-082101

    • DOI

      10.7567/apex.10.082101

    • NAID

      210000135940

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 窒化物半導体極性制御特異構造の非線形光学素子応用2018

    • Author(s)
      片山竜二
    • Organizer
      科学研究費補助金 新学術領域研究 領域報告会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 深溝周期構造を用いたGaAsP量子井戸波長可変単一モードレーザー2018

    • Author(s)
      上向井 正裕,片山 竜二
    • Organizer
      第38回 レーザー学会 学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Second harmonic generation from polarity-inverted GaN waveguide2018

    • Author(s)
      R. Katayama
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ZrO2 /AlN積層導波路を用いた深紫外第二高調波発生デバイスの設計2018

    • Author(s)
      山口 修平,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面活性化接合とSi基板剥離によるGaN極性反転構造の作製2018

    • Author(s)
      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,久志本 真希,鄭 惠貞,本田 善央,天野 浩,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子光学応用のための光導波路型マッハツェンダ干渉計の開発:GaNリブ導波路型方向性結合器の特性評価2018

    • Author(s)
      三輪 純也,紀平 将史,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子光学応用のための光導波路型マッハツェンダ干渉計の開発:GaNストリップ導波路型方向性結合器の設計2018

    • Author(s)
      紀平 将史,三輪 純也,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaNモノリシック微小二重共振器型第二高調波発生デバイスの作製2018

    • Author(s)
      南部 誠明,上向井 正裕,藤 諒健,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 周期的スロット構造を用いたGaAsP波長可変単一モードレーザ2018

    • Author(s)
      楠本 壮,上向井 正裕,片山 竜二
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaAsP quantum well tunable single-mode semiconductor lasers with deeply etched periodic structures2017

    • Author(s)
      M. Uemukai, A. Yamashita, S. Kusumoto, R. Katayama
    • Organizer
      発光素子とその産業応用に関する国際学会 LEDIA'17
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 窒化物半導体極性制御特異構造の非線形光学素子応用2017

    • Author(s)
      片山 竜二
    • Organizer
      科学研究費補助金 新学術領域研究 領域報告会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子光学応用のための光導波路型マッハツェンダ干渉計の開発:GaNリブ導波路型方向性結合器の作製2017

    • Author(s)
      三輪 純也,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaNモノリシック微小二重共振器型第二高調波発生デバイスの設計2017

    • Author(s)
      南部 誠明,上向井 正裕,藤 諒健,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] AlN・GaN・LiNbO3の表面活性化ウエハ接合技術の開発2017

    • Author(s)
      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,片山 竜二
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 極性反転積層AlN光導波路を用いた波長変換デバイスの設計2017

    • Author(s)
      山口 修平,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 疑似位相整合SHGに向けたFace to FaceアニールによるAlN分極反転構造の作製2017

    • Author(s)
      林 侑介,三宅 秀人,平松 和政,片山 竜二
    • Organizer
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子井戸DBRレーザを用いたモノリシック光集積デバイス2017

    • Author(s)
      上向井 正裕
    • Organizer
      第10回 窒化物半導体の成長・評価に関する夏期ワークショップ
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] "疑似位相整合SHGに向けたFace to FaceアニールによるAlN極性 反転構造の作製"2017

    • Author(s)
      林 侑介
    • Organizer
      第10回 窒化物半導体の成長・評価に関する夏期ワークショップ
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 極性反転積層AlN光導波路を用いた波長変換デバイス2017

    • Author(s)
      山口 修平
    • Organizer
      第10回 窒化物半導体の成長・評価に関する夏期ワークショップ
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光導波路型マッハツェンダ干渉計のためのGaN方向性結合器2017

    • Author(s)
      三輪 純也
    • Organizer
      第10回 窒化物半導体の成長・評価に関する夏期ワークショップ
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaAsP quantum well single-mode semiconductor laser with periodically slotted structure2017

    • Author(s)
      S. Kusumoto, M. Uemukai and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Surface-Activated Wafer Bonding Method of AlN, GaN and LiNbO32017

    • Author(s)
      T. Onodera, M. Uemukai, K. Takahashi, M. Iwaya, I. Akasaki, Y. Hayashi, H. Miyake and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Polarity inversion of AlN fabricated by wafer bonding and its atomic arrangement models2017

    • Author(s)
      Y. Hayashi, H. Miyake,K. Hiramatsu, T. Akiyama, T. Ito and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of polarity-inverted multilayer AlN waveguide for deep UV second harmonic generation2017

    • Author(s)
      S. Yamaguchi, M. Uemukai, K. Takahashi, M. Iwaya, I. Akasaki, Y. Hayashi, H. Miyake, T. Yamada, Y. Fujiwara and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of GaN monolithic doubly-resonant microcavity SHG device2017

    • Author(s)
      T. Nambu, M. Uemukai, R. Fuji, T. Yamada, Y. Fujiwara and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaN rib waveguide directional coupler for optical quantum information processing systems2017

    • Author(s)
      J. Miwa, M. Kihira, M. Uemukai, R. Fuji, Y. Fujiwara and R. Katayama
    • Organizer
      第36回 電子材料シンポジウム EMS36
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Surface-Activated Wafer Bonding Method of AlN, GaN and LiNbO32017

    • Author(s)
      T. Onodera, M. Uemukai, K. Takahashi, M. Iwaya, I. Akasaki, Y. Hayashi, H. Miyake and R. Katayama
    • Organizer
      紫外発光材料及びデバイスに関する国際ワークショップ IWUMD2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ワイドギャップ窒化物半導体による量子情報処理システム開発2017

    • Author(s)
      片山竜二
    • Organizer
      日本学術振興会 第162委員会 第106回研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2025-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi