| 研究課題/領域番号 |
22K14624
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2022) |
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研究代表者 |
山下 大喜 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (40858099)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | シリコンフォトニクス / 二次元材料 / 光スイッチ / フォトニック結晶 / 微小共振器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，ますます増加していく情報通信量を背景に，より高速で省エネな次世代光通信技術の重要性が高まっている．本研究では，二次元層状半導体を屈折率変調材料に用いた微小光共振器による新しい光スイッチデバイスの研究に取り組む．微小光共振器上に積載した二次元層状半導体にレーザーを照射し，光吸収キャリアによる屈折率変調を起こして共振器の共振波長をシフトさせることでスイッチングを行う．大きな屈折率変調が可能な材料と，それを最大化する共振器構造を組み合わせることで，高速かつ省エネで動作する光スイッチデバイスを実証したい．
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| 研究成果の概要 |
本研究では、シリコンフォトニック結晶ナノビーム光共振器上に二次元材料を積載し、レーザー照射による屈折率変調を利用して、高速・省エネな光スイッチを実証しました。まず、共振器のQ値を維持しつつ屈折率変調を行うデバイスを作製し、その後、光スイッチ動作特性と光生成キャリアダイナミクスを評価しました。二次元材料MoTe2を屈折率変調材料として用いることで、33psの高速スイッチング速度と200~300fJの省エネ動作を実現しました。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の意義は、シリコンフォトニックデバイスに新しい機能性材料である二次元材料を集積し、ハイブリッドデバイスを開発することで、シリコンの材料限界を超えた高速・省エネ光スイッチングを実証したことです。具体的には、二次元層状半導体を屈折率変調材料として用いた微小共振器型光スイッチの研究を行い、大きな屈折率変調が可能な材料とそれを最大化する共振器構造を組み合わせることで、従来の同型の光スイッチデバイスを超える性能を実現しました。この研究により、将来の通信技術の発展に寄与することが期待されます。
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