2022 Fiscal Year Annual Research Report
On-chip molecular sensing using Ge mid-infrared photonic integrated circuit
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20H02198
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
竹中 充 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20451792)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光集積回路 / 中赤外光 / ゲルマニウム / センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度に作製プロセスを確立した低残留キャリア濃度n型Ge-on-insulator（GeOI）基板を用いて、センシングに用いる長尺スパイラル導波路を作製した。導波路の低損失化に成功した結果、スパイラル導波路においても良好な導波を確認した。
また欠陥準位を介したGe受光器の研究においては、光励起と熱励起過程を考慮した物理モデルを考察することで、波長2μmにおいては、Siよりも大きな感度が得られることを理論的に明らかにした。また、実際に作製した受光器において、雪崩増幅を用いた高感度化を実証するとともに、1 GHzを越える動作を実証した。
またグラフェンを透明電極として用いた光変調器の研究も進めた。グラフェンをハイドープすることで光吸収を抑制をしつつ電気抵抗を減らすことができる。この特徴を生かし、光導波路上にゲート絶縁膜を堆積し、グラフェン透明電極を積層したMOS型変調器を新たに提唱した。ゲート絶縁膜を100 nm程度にすることで、グラフェン電極による光吸収を抑制しつつ、光変調が可能であることを明らかにした。これにより、高速性と低損失化が両立可能であることを明らかにした。
相変化材料を用いた光位相シフタの研究も進めた。相変化材料はアモルファスと結晶状態で大きく光学定数が異なることから、光変調材料として期待されている。一方、従来の相変化材料は光吸収が大きく光位相変調に用いることができなかった。我々は、相変化材料を波長2.43μmの中赤外で用いることで低損失化が可能であることを実験的に明らかにし、極めて損失が小さい光位相シフタの動作実証に初めて成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] III-V/Si hybrid integration for scalable optical switching and computing2022
Author(s)
M. Takenaka, H. Tang, K. Watanabe, T. Ochiai, T. Akazawa, Y. Miyatake, S. Ohno, K. Sumita, S. Monfray, F. Boeuf, R. Tang, K. Toprasertpong, and S. Takagi
Organizer
International Conference on Photonics in Switching and Computing (PSC2022)
Int'l Joint Research / Invited
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