微小デジタル光デバイスの基礎研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875065
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中野 義昭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50183885)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 正樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80312982)
• Keywords: 金属光配線 / 光導波 / 表面プラズモン / SP波 / 負誘電率 / 金属 / 誘電体界面 / 金属 / 半導体界面 / 導波損失

Research Abstract

本年度は,微小デジタル光デパイスの基礎となる金属光配線について研究を行った.界面に光局在波が形成される条件は,誘電率が負となることである.例えば,金属_誘電体界面の表面プラズモンとフォトンの結合波(SP波)を考えた場合,金属には誘電率の実部が負でその大きさが大きいことが要求される.また,SP波の伝播損失は金属の電気抵抗により定まる.自由電子ガスモデルによれば,AuとSiO2界面のSP波の損失定数は波長1.55μmで約20cm-1と此較的小さいことがわかった.次に分光エリプソメータにより得られた誘電率をもとに損失係数を定量評価した.その結果,金属性が低いCr/SiO2でのSP導準の損失は1000cm-1以上と大きいが,Au/SiO2では損失は小さく,特に通信波長帯では100cm-1以下となることがわかった.1nP基板上にSiO2(200nm)を堆積し,その上にCr(5nm)を介してAuストライプ(厚み250nm)を装荷して形成した長さ約0.5mmの導波路についてSP導波の検証を行った.装荷形の横モード閉じ込め機構を解明するため,種々の導波路幅でSP波の伝播特性を調べている.実験的にはSP波を伝播させる最少のストライプ幅が存在し,ストライプ幅の増大とともに横モードはシングルからマルチへと変化することが確認された.結合効率はストライプ幅の増大とともに増大するが,損失係数はほぼ一定であり,さらにそれは40cm-1と比較的小さい値であった.半導体は分光エリプソメータによる誘電率からの予測では,遍信波畏帯であっても非常に大きな損失を示す.しかし,実際にInP基板上に金属を装荷して求めた損失係数は,40〜60cm-1程度であった.この実験により金属/半導体もSP波をよく伝播する材料であることがわかり,検討し得る応用範囲が大きく広がった.

Research Products

• [Publications] イット・フーチョン: "光集積回路に向けた金属光配線の提案と損失測定(Proposal and loss measurement of metal optical wiring for photonic integrated circuits)"理学会第62回応用物学術講演会(愛知工業大学). 12a-Y-8. (2001)
• [Publications] 片桐祥雅: "低損失金属光導波線路と応用"第62回応用物理学会学術講演会(愛知工業大学). 12-a-Y-9. (2001)
• [Publications] イットフーチョン: "光集積回路の光配線に適する金属/誘電体導波路の試作と損失測定"電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会(電気通信大学)講演論文集1. C-3-77. (2001)
• [Publications] Katagiri: ""Propagation characteristics of surface-plasmon polariton waves along twodimensional metal patterns""Technical Digest, Fifth International Symposium on Contemporary Phtotnic Technologies. E-30. 119-120 (2002)
• [Publications] イットフーチョン: "精密微小反射測定法による金属光導波路の伝搬特性評価"電子情報通信学会総合大会(早稲田大学)講演論文集. (採録決定済み). (2002)
• [Publications] 片桐祥雅: "(解説)高密度光集積回路に向けた金属光配線技術"光学. (掲載決定済み). (2002)