シリコンカーバイドフォトニック結晶の高度化

• 研究課題/領域番号: 15H03993
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 浅野 卓 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30332729)
• 研究協力者: 宋 奉植 成均館大学, 電子電機工学部, 教授
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: シリコンカーバイド / フォトニック結晶 / ナノ光デバイス / 光共振器 / 光非線形効果 / ナノ共振器 / 高Q値化 / 2次高調波

研究成果の概要

本研究では２光子吸収の抑制や広帯域動作においてSiフォトニック結晶を大きく超える性能が期待されるSiCフォトニック結晶の低損失化に取り組んだ。ベースとなるSiC薄膜自体がその作製工程に由来した線形光吸収を持つことを明らかにし、これを回避する作製手法を考案した。これにより、SiCフォトニック結晶共振器のQ値として最大で30万を実現し、共振器の光損失を本研究開始前の1/30倍に低減させることに成功した。さらにこのような高Q値共振器を用いた２光子吸収のない高効率な非線形効果の発現に取り組み、最も基本的な光非線形効果である二次高調波発生において1400%/Wという高い効率を観測した。

研究成果

• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
• [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)
• [雑誌論文] Design of slotted high quality factor photonic-crystal nanocavities embedded in electro-optic polymers (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakadai Masahiro、Konoike Ryotaro、Tanaka Yoshinori、Asano Takashi、Noda Susumu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 9 ページ: 090304-090304
  • DOI: 10.7567/jjap.56.090304
  • NAID: 210000148252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrahigh-Q photonic crystal nanocavities fabricated by CMOS process technologies (2017)
  • 著者名/発表者名: Ashida Kohei、Okano Makoto、Ohtsuka Minoru、Seki Miyoshi、Yokoyama Nobuyuki、Koshino Keiji、Mori Masahiko、Asano Takashi、Noda Susumu、Takahashi Yasushi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 15 ページ: 18165-18165
  • DOI: 10.1364/oe.25.018165
  • NAID: 120006719626
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of high-Q photonic crystal L3 nanocavities designed by visualization of the leaky components (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Maeno, Y. Takahashi, T. Nakamura, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 1 ページ: 367-376
  • DOI: 10.1364/oe.25.000367
  • NAID: 120006719624
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photonic crystal nanocavity with a Q factor exceeding eleven million (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asano, Y. Ochi, Y. Takahashi, K. Kishimoto, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 3 ページ: 1769-1777
  • DOI: 10.1364/oe.25.001769
  • NAID: 120006719625
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement in the quality factors for photonic crystal nanocavities via visualization of the leaky components (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, Y. Takahashi, Y. Tanaka, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 号: 9 ページ: 9541-9549
  • DOI: 10.1364/oe.24.009541
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of optical loss in nanophotonic waveguides using integrated cavities (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Jeon, H. Kim, B. S. Song, Y. Yamaguchi, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 41 号: 23 ページ: 5486-5489
  • DOI: 10.1364/ol.41.005486
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of Q factors of structural imperfections in triangular cross-section nanobeam photonic crystal cavities (2015)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamaguchi, S. Jeon, B. S. Song, Y. Tanaka, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 32 号: 9 ページ: 1792-1796
  • DOI: 10.1364/josab.32.001792
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Siフォトニック結晶ナノ共振器に対する微弱光照射の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中建悟、高橋和、浅野卓、野田進
  • 学会等名: 2017春季応用物理学会
• [学会発表] ニューラルネットワークによるナノ共振器の構造とQ値の関係の学習 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅野卓、野田進
  • 学会等名: 2017春季応用物理学会
• [学会発表] Design of triangular cross-section nanobeam photonic crystals for complete PBG (2017)
  • 著者名/発表者名: Heungjoon Kim, Bongshik Song,Takashi Asano, Susumu Noda
  • 学会等名: 2017年春季 第64回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] High-Q Nanocavities based on Two-Dimensional Photonic Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asano, Y. Takahashi, and S. Noda
  • 学会等名: Asia Communications and Photonic Conference (ACP2017), The Garden Hotel, Guangzou, Guangdong Province, China November 12, 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Progress In Photonic Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and S. Noda
  • 学会等名: Boston Chapter of the IEEE Photonics Society Emerging Optical Materials Workshop, April 26, 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Temperature Dependence of Q factors of Si Photonic Crystal Slab Nanocavities (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asano, K. Tanaka, Y. Takahashi, and S. Noda
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Commission for Optics, August 25, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced Light Manipulation with Photonic Crystal Nanostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and S. Noda
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence, -Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems- (ISPEC2017), December 11-12, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 超高Q値Siフォトニック結晶ナノ共振器の統計評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中建悟、高橋和、浅野卓、野田進
  • 学会等名: 2017秋季応用物理学会
• [学会発表] Efficient conversion of second harmonic generation in high-Q SiC photonic crystal nanocavities (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamaguchi, Seungwoo Jeon, Bong-Shik Song, Takashi Asano and Susumu Noda
  • 学会等名: 2016 IEEE Photonics Conference (IPC2016)
  • 発表場所: Hilton Waikoloa Village, 69-425 Waikoloa Beach Dr, Waikoloa, Hawaii 96738
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 高Q値SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生(2) (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹、田 昇愚、宋 奉植、浅野 卓、野田 進
  • 学会等名: 2016年秋季 第77回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高Q値SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹，田昇愚，宋奉植，浅野卓，野田進:
  • 学会等名: 2016年春季 第63回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Fabrication of SiC nanobeam photonic crystal cavities (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamaguchi, S.W. Jeon, B.S. Song, T. Asano, Y. Tanaka, S. Noda
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence - Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems - (ISPEC 2015)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2015-11-30
• [学会発表] Advanced light manipulation with photonic crystal nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and S. Noda
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence - Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems - (ISPEC 2015)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2015-11-30
• [学会発表] 高Q値SiCフォトニック結晶ナノ共振器の多光子吸収抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田昇愚，山口祐樹，宋奉植，浅野卓，野田進
  • 学会等名: 2015年秋期 第76回 応用物理学秋期学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] SiCを用いた高Q値2次元フォトニック結晶共振器の作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹，田昇愚，宋奉植，浅野卓，野田進
  • 学会等名: 2015年秋期 第76回 応用物理学秋期学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Design and fabrication of SiC nanobeam photonic crystal cavities (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹, 田昇愚, 宋奉植, 浅野卓, 田中良典, 野田進
  • 学会等名: 第34回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖
  • 年月日: 2015-07-15
• [備考] 京都大学工学研究科電子工学専攻光量子電子工学分野
  • URL: http://www.qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 京都大学 工学研究科 電子工学専攻 光量子電子工学分野
  • URL: http://www.qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp/