2013 Fiscal Year Annual Research Report
ＧａＮ／Ｓｉハイブリッドフォトニクスの光回路プラットフォームの研究
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24246019
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
羽根 一博 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50164893)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金森 義明 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333858)
佐々木 敬 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60633394)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ウエハ接合 / 光エレクトロニクス / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリマーによる張り合わせでは，気泡が残留しないように，2段階のポリマー接合を開発した．またガラス(SiO2)成分を含んだガラス系分子含有ポリマーによる張り合わせ条件を明らかにし，気泡が含まれない張り合わせ条件を見出した．また，張り合わせ後，基板シリコンの除去した．さらにGaN結晶成長のために用いられる緩衝層を除去し，残留応力の少ないGaN層の張り合わせを実現した．
SiのSOIウエハ上にSi導波路を製作し，導波特性を測定した．また可変リング等のデバイスも製作し，Si基板上へのSiフォトニック光回路の基本構造を製作する技術を確立できた．またSi基板上にMOCVDで成長したGaN層をエッチングし，GaN導波路パターンを形成し，さらにフッ化キセノンガスによりSi基板の一部をエッチングすることで，Si基板上の自立型GaN導波路を製作できた．またリッジ型のGaN導波路も製作した．
次に，Si導波路とGaN導波路をハイブリッドに形成するため，SOIウエハにSi導波路を形成し，その上にGaN層を張り合わせた．張り合わせたウエハのGaN層にGaN光導波路を形成することを試みた．下層のSi導波路と上層のGaN導波路の光結合を実現するため，それらの導波路を用いた異種導波路結合器（カプラー）を試作し，Si導波路をGaN導波路の結合を実現した．
Si導波路とGaN導波路の結合を最適にするため，導波路の伝播定数を調整できる方法として，フォトニック結晶導波路を用いてグループ速度を増大する方法を提案し，その特性を理論計算および，実験により調べた．グループ速度の増大により，材料定数が異なるSi導波路とGaN導波路の結合において，提案方法により導波路設計の条件を緩和できると考えられた．実験によりフォトニック結晶導波路においてグループ速度の増大が可能であることを示した．
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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
本年度は２年度であるので，SiとGaNのプラットホームの基盤技術を開発のためのウエハ接合法の確立を目指した．ウエハの接合のために計画した研究内容のほとんどすべてを実施できた．加えて，Si導波路とGaN導波路のハイブリッド形成のためのデバイス構造を製作できた．また，Si導波路とGaN導波路の結合効率を高める方法としてフォトニック結晶導波路によりグループ速度増大の方法を新たに提案できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も研究計画に従い，研究を進める．具体的には，光通信に利用できる現実的なデバイス構造をSi導波路で実現する．またにGaN導波路おいても機能性の高い光回路を製作する．さらにSOIウエハの上層SiよりSi導波路を製作し，さらにGaN層を張り合わせた後，GaN導波路を形成する方法の研究をさらに進め，Si導波路とGaN導波路のハイブリッド光回路の製作技術を確立する．それら導波路の結合効率を自由に調整できるようグループ速度調整法をさらに研究する．これらの研究によりSiとGaN導波路のハイブリッド回路において光回路特性を測定する．
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