微小デジタル光デバイスの基礎研究

• 研究課題/領域番号: 13875065
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・機器工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中野 義昭 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50183885)
• 研究分担者: 清水 大雅 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50345170) ; 加藤 正樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80312982)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2002年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2001年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 金属光配線 / 表面プラズモン / サブバンド間遷移 / GaN / AlN / 有機金属気相エピタキシー / MOVPE / 光フリップフロップ / 全光制御 / 光導波 / SP波 / 負誘電率 / 金属 / 誘電体界面 / 半導体界面 / 導波損失

研究概要

本研究は,光通信ネットワークにおいて,伝送光信号のデジタル処理を電子回路の助けを借りずに行う微小なデジタル光デバイスを実現するための基礎研究である.平成14年度は,具体的には以下の項目の研究を行った.
(1)微小光導波路の解析と試作:微小デジタル光デバイスを実現する上で鍵となるのは,コンパクトに光配線を行う曲率半径の小さい光導波路である.ここでは,従来と全く異なる発想によるプラズモンモード金属光導波路を研究した.このような新しい光導波路の理論解析,数値解析を通じて光伝搬メカニズムを解明するとともに,同光導波路を試作し,光通信波長(1.55μm)における伝搬特性を測定評価した.
(2)サブバンド間遷移巨大・超高速光非線型性発現のための超格子構造の設計:本研究では,高効率・超高速光非線型性の実現に,半導体多重ヘテロ接合におけるサブバンド間遷移を用いる.本年度はGaN/AlN超格子のサブバンド間遷移波長を設計するツールを開発した.
(3)超格子形成のための結晶成長技術の検討:上記のサブバンド間遷移を実現するGaN/AlN超格子構造の有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE)を研究し,単原子層で急峻に切り替わる界面を形成する方法および,転位密度を低減する新たな構造を開発した.これを利用して,MOVPEとしては世界最短のサブバンド間遷移波長(1.68μm)を実現した.
(5)光フリップフロップ動作検証実験:コンパクトな全光フリップフロップをInGaAsP/InP系材料のMOVPEにより試作,開発し,数dBm程度の極めて低い制御光パワーで,全光フリップフロップが可能であることを実証した.

研究成果

• [文献書誌] 中野義昭: "(解説)高密度光集積回路へ向けた金属光配線技術"光学. vol.31no.5. 423-428 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "All-optical wavelength converter based on directional coupler with electroabsorption and exciton effect"Proceedings, 14th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '02). A7-3. 471-474 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Metal-organic vapor phase epitaxial growth of crack-free AlN/GaN multiple quantum wells and their characterization"Extended Abstracts of the 21st Electronic Materials Symposium. C5. 53-54 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Ultra-low threshold(0.2mA) operation of 1.5 μm mass-transported InAsP strained quantum wire distributed feedback lasers"Technical Digest, the Seventh Optoelectronics and Communications Conference(OECC 2002). 10C3-5. 160-161 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Numerical analysis of directionally coupled bistable laser diode by finite difference beam propagation method for all-optical flip-flop application"Technical Digest, International Topical Meeting on Photonics in Switching(PS'02). PS.TuB5. 78-80 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakano: "Characterization of crack-free AIN/GaN multiple quantum wells grown by metal organic vapor phase epitaxy using H2 as a carrier gas"Book of Abstracts, International Workshop on Nitride Semiconductors(IWN 2002). 368. 372 (2002)
• [文献書誌] 後藤東一郎: "ナノギャップ伝搬光の特性解析"電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会(宮崎大学)講演論文集. C-3-76. 176 (2002)
• [文献書誌] Mitsuru Takenaka: "Realization of all-optical flip-flop using bistable laser diode with nonlinear directional coupler"Conference Digest, 18th IEEE International Semiconductor Laser Conference. WA7. 121-122 (2002)
• [文献書誌] Ichitaro Waki: "Characterization of crack-free AIN/GaN multiple quantum wells grown by metalorganic vapor phase epitaxy using H2 as a carrier gas"Physica Status Solidi (b). 234,3. 961-964 (2002)
• [文献書誌] 片桐祥雅: "(招待論文)超微細光回路に向けたプラズモンモード金属光導波路"レーザー研究. (掲載予定). (2003)
• [文献書誌] Mitsuru Takenaka: "Proposal of an all-optical flip-flop using a cross-coupled MMI bistable laser diode"Proceedings of the 11th European Conference on Integrated Optics(ECIO '03). vol.1. 335-338 (2003)
• [文献書誌] イット・フーチョン: "光集積回路に向けた金属光配線の提案と損失測定(Proposal and loss measurement of metal optical wiring for photonic integrated circuits)"理学会第62回応用物学術講演会(愛知工業大学). 12a-Y-8. (2001)
• [文献書誌] 片桐祥雅: "低損失金属光導波線路と応用"第62回応用物理学会学術講演会(愛知工業大学). 12-a-Y-9. (2001)
• [文献書誌] イットフーチョン: "光集積回路の光配線に適する金属/誘電体導波路の試作と損失測定"電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会(電気通信大学)講演論文集1. C-3-77. (2001)
• [文献書誌] Katagiri: ""Propagation characteristics of surface-plasmon polariton waves along twodimensional metal patterns""Technical Digest, Fifth International Symposium on Contemporary Phtotnic Technologies. E-30. 119-120 (2002)
• [文献書誌] イットフーチョン: "精密微小反射測定法による金属光導波路の伝搬特性評価"電子情報通信学会総合大会(早稲田大学)講演論文集. (採録決定済み). (2002)
• [文献書誌] 片桐祥雅: "(解説)高密度光集積回路に向けた金属光配線技術"光学. (掲載決定済み). (2002)