2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultra-low power consumption semiconductor optical modulator integrated with antenna for next-generation radio-over-fiber systems
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21H01841
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
荒川 太郎 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (40293170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 博司 三重大学, 工学研究科, 教授 (20239528)
國分 泰雄 ものつくり大学, その他の部局, 特任教授 (60134839)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光変調器 / 光無線システム / アンテナ / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、次世代光ファイバー無線（RoF）システム実現のキーデバイスとなる超低電界動作アンテナ集積型半導体器光変調器を開発し、動作実証することを目的としている。
今年度は、プリンテッドダイポールアンテナ集積直線導波路型位相変調器の開発を目指す上で必要な、コア層に必要なポテンシャル制御量子井戸の構造の設計、試作を行った。すなわち、本研究で提案するアンテナ集積光変調器用に、ゼロ電界付近で大きな電界誘起屈折率変化特性を有する五層非対称結合量子井戸の理論的な特性解析を行い、電界20 kV/cm付近で電界有機屈折率変化が最大となる、本位相変調器に適した量子井戸構造を見いだした。また、アンテナ感度をより高めるため、ボウタイ型アンテナと直線型アンテナを組み合わせたアンテナを新たに提案、設計し、アンテナ形状の最適化を行った。この結果、理論的には、従来の方形パッチアンテナを用いたものと比較して、1.3倍の感度改善が見込まれることがわかった。
次に、設計した構造を、半絶縁性InP基板上にエピタキシャルウエハを成長した。成長法は有機金属気相成長法を用い、ファウンダリに作製を依頼した。次に、電子ビーム露光法および誘導結合プラズマドライエッチング法を用いて、直線導波路構造を有する位相変調器を作製し、上部にスリットアンテナを形成してアンテナ集積位相変調器を試作した。特性測定には至っていないが、本デバイスの作製技術の確立ができた。次年度に、電波受信特性・位相変調特性の測定を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
目標であった量子井戸構造の設計およびデバイス作製プロセスの確立をほぼ終えることができたので、おおむね順調に進展していると言える。ただし、電波照射による特性測定が行うことができなかったので、次年度に測定を行い、測定結果をデバイス設計にフィードバックする。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に試作したデバイスの導波測定評価、電波照射による位相変調特性評価を行う。その結果をデバイス設計にフィードバックし、特性改善を目指し、位相変調器構造の特性向上を図る。さらに、それらの成果を基に、微小リング共振器構造、共振電極構造を有するアンテナの採用による電界受信感度改善を目指す。
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