2012 Fiscal Year Research-status Report
アモルファス・シリコンを用いた大面積・立体構造シリコンフォトニクス
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23560036
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
勝山 俊夫 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90467134)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 恭雄 東洋大学, 融合科学研究科, 教授 (50386736)
青木 画奈 神戸大学, 自然科学系, 助教 (90332254)
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| Keywords | シリコンフォトニクス / アモルファス・シリコン / Si細線導波路 / フォトニック結晶 |
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| Research Abstract |
本年度は、平成２３年度に行った基礎検討を基に、以下の検討を進めた。
（１）a-Siスラブ構造の大面積化評価：前年度に続き、歪の少ないa-Si膜を用いて、エア・ブリッジ型を含む様々なスラブ構造フォトニック結晶を作製した。とくに、光入出力部としてのa-Si細線導波路を有する2次元スラブ構造を作製し、その特性を定量的に評価した。具体的には、空孔三角格子からなる線欠陥導波路と結合欠陥導波路を有するa-Si中空スラブ構造フォトニック結晶を検討した。
まず、Si細線導波路と線欠陥導波路と結合欠陥導波路との光結合効率を向上するため、結合部分にテーパ形状の構造を導入した。次に、この構造を用いて、実際に光伝送損失の波長依存性を、波長可変レーザを用いて測定した。測定した結果は、線欠陥導波路と結合欠陥導波路の両者とも、シミュレーション結果と良い一致を示した。したがって、アモルファスSiを用いたスラブ構造フォトニック結晶も、従来の結晶Siを用いたフォトニック結晶と同様、フォトニック結晶特有の特性を十分得ることができることがわかる。
（２） a-Si膜からなるスラブ構造の積層化検討：a-Siからなる積層化した立体光回路実現のため、本年度は、その作製の基本プロセスの開発を試みた。まず、Si基板にSiO2とa-Siをスパッタ法で積層堆積する。次に、電子線描画装置とICPエッチング装置を用いて、a-Si層にSi細線導波路のパターンを作製する。さらに、パターンを形成したa-Si上に、再度スパッタリングでSiO2層とa-Si層を形成する。このとき、スパッタ条件の最適化により、堆積されたSiO2層の表面が平坦になるようにした。その結果、a-Si細線導波路構造の上にも平坦なa-Si層を形成することができた。
これらの検討の結果、a-Siを用いた立体光回路実現に途を拓いた。
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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
(1) a-Siスラブ構造の大面積化評価検討において、当初計画で予定した通り、光入出力部としてのa-Si細線導波路を有する2次元スラブ構造を作製し、その特性を定量的に評価することができた。具体的には、空孔三角格子からなる線欠陥導波路と結合欠陥導波路を有するa-Si中空スラブ構造フォトニック結晶を検討し、光伝送損失の波長依存性が光学測定とシミュレーションで一致することを確認した。したがって、アモルファスSiを用いたスラブ構造フォトニック結晶も、従来の結晶Siを用いたフォトニック結晶と同様、フォトニック結晶として実際に使用できることを明らかにすることができた。
また、（２） a-Si膜からなるスラブ構造の積層化検討においては、a-Siからなる積層化した立体光回路実現のための基本プロセスの開発を試み、a-Si細線導波路構造の上にもSiO2層を介して平坦なa-Si層を形成することができた。これらの検討の結果は、a-Siを用いた立体光回路実現に途を拓くものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度は、平成２４年度に行った基礎検討を基に、以下の検討を進める。
（１）立体スラブ構造光回路の作製検討：a-Siからなる細線導波路の上にSiO2層を介して、グレーティング層やスラブ型フォトニック結晶層を形成し、2層構造の立体光回路を実際に作製する。2層構造作製のためには、2つの層の位置合わせが重要になるため、この位置合わせの条件検討を詳しく行う。合わせマークとしては、金ドットを用い、それからの2次電子放出を検出する方法をもとに、位置合わせを行うことにする。
（２）立体スラブ構造光回路の特性解析：上記（１）で検討した結果をもとに、光入出力のための細線導波路の最適化を行い、実際にレーザ光を入射して、その特性を実験的に評価する。特に、出射光の波長依存性と変更依存性を詳しく調べ、シミュレーションとの比較により、設計したものが実際にできているかを評価する。これらの検討により、立体光回路という概念が実現できることを示す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
a-Siスラブ構造、およびそれを積層化した立体光回路の作製のために、Si基板、a-Si作製のためのスパッタ用Siターゲット材料等の材料費、およびパターンニングのためのマスク一式を購入するための費用が必要である。この他、作製した素子の光学特性を評価するため、光学部品、電子部品、光学ステージ等の部品購入のための費用が必要となる。
また、成果発表のための、学会出張費、共同研究者との打合せのための出張旅費が必要であり、研究成果を学術雑誌に掲載するための投稿料が必要となる。
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[Presentation] Amorphous Si waveguides with high-quality stacked gratings for multi-layer Si optical circuits
Author(s)
T. Endo, K. Saiki, K. Hiidome, H. Tokushige, T. Katsuyama, M. Tokuda, H. Takagi, M. Morita, Y. Ito, K. Tsutsui, Y. Wada, N. Ikeda, and Y. Sugimoto
Organizer
The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim(CLEO-PR 2013)
Place of Presentation
Kyoto, Japan
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[Presentation] Annealing Behavior of Optical Transmission Loss of Amorphous Si Wire Waveguides for Silicon Photonics
Author(s)
K. Hiidome, K. Saiki, T. Endo, T. Yamaguchi, T. Yamaguchi, T. Katsuyama, M. Tokuda, H. Takagi, M. Morita, Y. Ito, K. Tsutsui, Y. Wada, N. Ikeda, Y. Sugimoto
Organizer
IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
Place of Presentation
Yokohama, Japan
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[Presentation] Compact Optical Branching Filter with a Si Slit Structure
Author(s)
K. Saiki, K. Hiidome, T. Endo, T. Yamaguchi, Y. Kitamura, T. Katsuyama, M. Tokuda, H. Takagi, M. Morita, Y. Ito, K. Tsutsui, and Y. Wada
Organizer
JSAP-OSA Joint Symposia
Place of Presentation
Matsuyama, Japan
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