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2012 Fiscal Year Annual Research Report

InP系化合物半導体をベースとしたメタマテリアル装荷型光メモリの創製

Research Project

Project/Area Number 23760305
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

雨宮 智宏  東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助教 (80551275)

Keywords半導体光通信デバイス / 光メタマテリアル / 微細金属共振器
Research Abstract

本研究は、従来の化合物半導体をベースとした導波路型光素子に、誘電率や透磁率の値を人工的に制御できるメタマテリアルの概念を融合することによって、既存の技術では不可能であった新しい機能をもった素子を実現することを目指している。
研究目的の前段階として、化合物半導体のキャリア密度を制御することでメタマテリアルの動的制御を行った。制御の概要であるが、化合物半導体基板上に浅い溝を掘り、その内部に金属微細共振器を作製する。このとき入射光の周波数が共振器の共振周波数と一致すると、入射光と金属共振器が共鳴して透磁率・誘電率に変化が生じる。ここで、デバイス上部からゲート電圧を印加することで、化合物半導体内に伝導キャリアを生成し、それに伴って金属共振器のギャップ容量を変化させることができる。この状況下では、金属共振器の共鳴周波数が変化し、対象周波数(光通信帯)において共振器としての性質を持たなくなる。つまり、ゲート電圧印加によるキャリアがあるときの比透磁率は通常の物質と同じく1に固定され、キャリアがないときの比透磁率は1以外の値を取ることになる。
以上の議論にもとづいて、MZI構造を設計した後、実際に半導体基板上に作製した微細共振器アレイの評価を行った。基礎データとしてゲート電圧印加に伴う透過特性の測定を行うことで、実際に透磁率の変化量を見積もった。結果、ゲート電圧2-12V印加時において最大で6.0dBの強度変化が得られた。実際のメタマテリアル特性の解析には実験結果にフィッテングする形で電磁界解析が必須であり、ATLAS TCADソフトウェアおよびCOMSOL3次元解析から、素子内のメタマテリアル領域の透磁率変化による屈折率は電圧印加に伴って2.75から2.85の範囲で変化していることが見て取れた。

  • Research Products

    (32 results)

All 2012 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (25 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Carrier-Transport-Limited Modulation Bandwidth in Distributed Reflector Lasers with Wirelike Active Regions2012

    • Author(s)
      D. Takahashi
    • Journal Title

      IEEE J. Quantum Electron.

      Volume: 48 Pages: 688-695

    • DOI

      10.1109/JQE.2012.2190822

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] GaInAsP/InP Lateral Current Injection Laser with Uniformly Distributed Quantum Well Structure2012

    • Author(s)
      M. Futami
    • Journal Title

      IEEE Photon. Technol. Lett.

      Volume: 24 Pages: 888-890

    • DOI

      10.1109/LPT.2012.2190053

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Permeability retrieval in InP-based waveguide optical device combined with metamaterial2012

    • Author(s)
      T. Amemiya
    • Journal Title

      Optics Lett.

      Volume: 37 Pages: 2301-2303

    • DOI

      10.1364/OL.37.002301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improved regrowth interface of AlGaInAs/InP-buried-heterostructure lasers by in-situ thermal cleaning2012

    • Author(s)
      Y. Takino
    • Journal Title

      IEEE J. Quantum Electron.

      Volume: 48 Pages: 971-979

    • DOI

      10.1109/JQE.2012.2196410

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carrier-concentration-dependent resonance frequency shift in a metamaterial loaded semiconductor2012

    • Author(s)
      S. Myoga
    • Journal Title

      J. Opt. Soc. Amer. B

      Volume: 29 Pages: 2110-2115

    • DOI

      10.1364/JOSAB.29.002110

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Layer-to-Layer Grating Coupler Based on Hydrogenated Amorphous Silicon for Three-Dimensional Optical Circuits2012

    • Author(s)
      J. Kang
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 51 Pages: 120203-1-3

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.120203

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Improved Quantum Efficiency of GaInAsP/InP Top Air-Clad Lateral Current Injection Lasers

    • Author(s)
      M. Futami
    • Organizer
      2012 IEEE Optical Int. Conf. (OIC-2012)
    • Place of Presentation
      Santa Fe, USA
  • [Presentation] Amorphous Silicon Grating-Type Layer-to-Layer Couplers for Intra-Chip Connection

    • Author(s)
      J. Kang
    • Organizer
      2012 IEEE Optical Int. Conf. (OIC-2012)
    • Place of Presentation
      Santa Fe, USA
  • [Presentation] 10 Gb/s Operation of GaInAs/InP Top Air-Clad. Lateral Junction Waveguide-type Photodiode

    • Author(s)
      T. Shindo
    • Organizer
      2012 IEEE Optical Int. Conf. (OIC-2012)
    • Place of Presentation
      Santa Fe, USA
  • [Presentation] Compact InP-based 1×2 MMI Splitter on Si Substrate with BCB Wafer Bonding for Membrane Photonic Circuits

    • Author(s)
      J. Lee
    • Organizer
      The 24th Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM-2012)
    • Place of Presentation
      Santa Barbara, USA
  • [Presentation] Low-Threshold Operation of LCI-Membrane-DFB Lasers with Be-doped GaInAs Contact Layer

    • Author(s)
      M. Futami
    • Organizer
      The 24th Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM-2012)
    • Place of Presentation
      Santa Barbara, USA
  • [Presentation] Thermal Analysis of Self-Heating Effect in GaInAsP/InP Membrane DFB Laser on Si Substrate

    • Author(s)
      K. Doi
    • Organizer
      2012 IEEE Photonics Conference (IPC-2012)
    • Place of Presentation
      Burlingame, USA
  • [Presentation] Modulation Bandwidth of GaInAsP/InP Lateral-Current-Injection Membrane Laser

    • Author(s)
      T. Shindo
    • Organizer
      The 23rd IEEE Int. Semiconductor Laser Conf. (ISLC-2012)
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
  • [Presentation] Permeability-controlled Optical Devices on an InP-based Photonics Platform

    • Author(s)
      T. Amemiya
    • Organizer
      BIT's 2nd Annual World Congress of Nano-S&T (Nano-S&T 2012)
    • Place of Presentation
      Qingdao, China
  • [Presentation] Permeability-controlled Optical Modulator with Tri-gate Metamaterial

    • Author(s)
      T. Amemiya
    • Organizer
      The 4th Int. Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (NANOMETA-2013)
    • Place of Presentation
      Tirol, Austria
  • [Presentation] Multi-stacked silicon wire waveguides and couplers toward 3D optical interconnects

    • Author(s)
      J. Kang
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2013 (OPTO-2013)
    • Place of Presentation
      San Jose., USA
    • Invited
  • [Presentation] GaInAsP横方向接合型薄膜フォトダイオードの特性評価

    • Author(s)
      山原 佳晃
    • Organizer
      電子情報通信学会 2012年ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      富山
  • [Presentation] 金属ミラー付き多層アモルファスシリコン細線導波路間のグレーティングカプラ

    • Author(s)
      姜 晙炫
    • Organizer
      電子情報通信学会 2012年ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      富山
  • [Presentation] InP系横接合型半導体薄膜能動光素子と細線光導波路のテーパー結合

    • Author(s)
      李 智恩
    • Organizer
      電子情報通信学会 2012年ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      富山
  • [Presentation] Beドープp-GaInAsコンタクト層を有する薄膜DFBレーザのしきい値低減

    • Author(s)
      二見 充輝
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] オンチップ光配線に向けた半導体薄膜レーザの熱特性に関する検討

    • Author(s)
      土居 恭平
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] 透磁率の制御によるInP 系導波路型光変調器

    • Author(s)
      雨宮 智宏
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] 金属側壁層を有するInP系プラズモニック導波路の曲げ特性評価

    • Author(s)
      村井 英淳
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] 金属ミラー付き多層アモルファスシリコン導波路間グレーティングカプラ

    • Author(s)
      姜 晙炫
    • Organizer
      電子情報通信学会 2013年総合大会
    • Place of Presentation
      岐阜
  • [Presentation] GaInAs/InP半導体上メタマテリアルの電圧印加による共振周波数変化

    • Author(s)
      明賀 聖慈
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] SiO2マスクを用いた量子井戸無秩序化における多重量子井戸のバンドギャップ波長変化

    • Author(s)
      山原 佳晃
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] 微細金属構造をもつ導波路型光デバイスにおける相互作用距離の解析

    • Author(s)
      雨宮 智宏
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] GaInAsP/InP半導体薄膜レーザの室温連続動作

    • Author(s)
      土居 恭平
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] 半導体薄膜光集積に向けたOMVPEによるGaInAsPのButt-Joint再成長

    • Author(s)
      井上 大輔
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] オンチップ光配線に向けた半導体薄膜レーザの低消費電力構造の検討

    • Author(s)
      進藤 隆彦
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Presentation] GaInAsP/InP半導体薄膜レーザの低消費電力動作に向けた構造設計

    • Author(s)
      平谷 拓生
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
  • [Book] Metamaterial2012

    • Author(s)
      T. Amemiya
    • Total Pages
      620
    • Publisher
      IN-TECH

URL: 

Published: 2014-07-24  

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