Development of 1.0 micron-band monolithic semiconductor photonics integrated circuits for near-infrared sensing

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00757
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nakano Yoshiaki 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50183885)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 種村 拓夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90447425) ; 杉山 正和 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90323534)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光センシング / InGaAsP / GaAs / イメージング / 高速

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this research was to realize, for the first time in the world, large scale monolithic photonic integrated circuits (PICs) for 1μm wavelength band sensing. In order to develop 1μm band phased array PICs, we conducted device simulation, designing of device structures, fabrication, and characterization. We also conducted design and device simulation of 1μm band semiconductor optical amplifiers, and studied their pulsed current driving for the time-of-flight LIDAR system applications. Phased array PICs with integrated two-dimensional optical couplers were also fabricated where precise calibration of the phase errors was shown to be possible by utilizing on-chip optical phase monitors.

Free Research Field

光電子デバイス工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光集積回路（光IC）は光通信技術を支えるキーデバイスとして飛躍的な進歩を遂げてきた．現在，光ICに対する新たな需要がセンシング分野において生まれている．LIDAR（ライダー）や医療診断デバイスなどの近赤外イメージング素子の高速化，小型化，低コスト化を同時に実現するデバイスとして，光ICが求められている．この用途では，0.9～1.1μmの波長域で動作することが求められるが，現在実用化している通信用光ICは，1.1 μm以下に直接適用することが出来ない．本研究の実施により，1μm帯の大規模光ICを実現する基盤が形成されたことは，センシング学術およびセンサー産業に与える学術的，社会的意義が大きい．