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

• 研究課題/領域番号: 24246019
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 羽根 一博 東北大学, 工学研究科, 教授 (50164893)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円); 2015年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2014年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2013年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2012年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: シリコンフォトニクス / ＧａＮ導波路 / ウエハ接合 / ＭＥＭＳ / 光集積回路 / 電気光学効果 / マイクロリング / 光エレクトロニクス / MEMS

研究成果の概要

SiフォトニクスとGaNフォトニクスを融合した光回路のプラットフォームをマイクロマシニング技術により開発することを目的とした．GaNの能動導波路とSiの受動導波路を結合した機能性の高い光回路を実現するため，基盤技術を開発した．具体的には，GaN結晶を成長したSiウエハとSi-on-insulatorウエハを張り合わせ，GaNのマイクロリング導波路とSi直線導波路を結合した光回路を製作し，GaNの電気光学効果などによる光変調を実証した．GaN/Siハイブリッド光電子集積技術の一つの基礎を確立できた．

研究成果

• [雑誌論文] Group velocity enhancement for guided lightwave by the band-pulling effect in single-mode silicon comb photonic crystal wires (2015)
  • 著者名/発表者名: Borriboon Thubthimthong and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 17 号: 5 ページ: 055104-055104
  • DOI: 10.1088/2040-8978/17/5/055104
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Asymmetrically and Vertically Coupled Hybrid Si/GaN Microring Resonators for On-Chip Optical Interconnects (2015)
  • 著者名/発表者名: B. Thubthimthong, T. Sasaki, and K. Hane
  • 雑誌名: IEEE Photonics Journal 巻: 7 号: 4 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1109/jphot.2015.2464721
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design, fabrication and optical characteristics of freestanding GaN waveguides on silicon substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuji Sekiya, Takashi Sasaki, and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B 巻: 33 号: 3
  • DOI: 10.1116/1.4917487
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] AlN Nanowall Structures Grown on Si (111) Substrate by Molecular Beam Epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tamura and K. Hane
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 10 号: 1 ページ: 460-460
  • DOI: 10.1186/s11671-015-1178-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication and Evaluation of Single-Crystal-Silicon Tunable Grating using Polymer-Based Membrane Transfer Bonding Process (2015)
  • 著者名/発表者名: Sawasdivorn Chernroj, Hisayuki Onuma, Tomohiro Suzuki, Takashi Sasaki, Hiroshi Mastuura, Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 135 号: 9 ページ: 361-366
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.135.361
  • NAID: 130005096102
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A silicon microring resonator with a nanolatch mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: Syotaro Abe and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Microsystem Technology 巻: 21 号: 9 ページ: 2019-2024
  • DOI: 10.1007/s00542-014-2283-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time Response of a Microelectromechanical Silicon Photonic Waveguide Coupler Switch (2014)
  • 著者名/発表者名: Syotaro Abe, Manh Hoang Chu, Takashi Sasaki, and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 26 号: 15 ページ: 1553-1556
  • DOI: 10.1109/lpt.2014.2329033
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Wide-Tuning Silicon Ring-Resonator Composed of Coupled Freestanding Waveguides (2014)
  • 著者名/発表者名: Hoang Manh Chu, Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 26 号: 14 ページ: 1411-1413
  • DOI: 10.1109/lpt.2014.2326405
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative study of Schottky diode type hydrogen sensors based on ahoneycomb GaN nanonetwork and on a planar GaN film (2014)
  • 著者名/発表者名: Aihua Zhong, Takashi Sasaki, and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 39 号: 16 ページ: 8564-8575
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.03.120
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Platinum/porous GaN nanonetwork metal-semiconductor Schottky diodfor room temperature hydrogen sensorel (2014)
  • 著者名/発表者名: Aihua Zhong, Takashi Sasaki, Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Sensors and Actuators A: Physical 巻: 209 ページ: 52-56
  • DOI: 10.1016/j.sna.2014.01.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Variable-gap silicon photonic waveguide coupler switch with a nanolatch mechanism (2013)
  • 著者名/発表者名: Syotaro Abe and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 25 号: 7 ページ: 675-677
  • DOI: 10.1109/lpt.2013.2248354
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of GaN Nanowall Network and Optical Property of InGaN/GaN Quantum Wells by Molecular Beam Epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: Aihua Zhong and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 8S ページ: 08JE13-08JE13
  • DOI: 10.7567/jjap.52.08je13
  • NAID: 210000142657
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transmisison-width-tunable silicon-photonic microelectromechanical ring resonator (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ordu, K. Hane
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 25 号: 22 ページ: 2236-2238
  • DOI: 10.1109/lpt.2013.2285130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A tunable notch filter using microelectromechanical microring with gap-variable busline coupler (2013)
  • 著者名/発表者名: Taro Ikeda and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 ページ: 22034-22042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A microelectromechanically tunable microring resonator composed of freestanding silicon photonic waveguide couplers (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikeda and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 号: 22
  • DOI: 10.1063/1.4809733
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wavelength Characteristics of a Gap-Variable Silicon Nanowire Waveguide Coupler Switch Using Micro Actuator (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Munemasa, Yuta Akihama, Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: 電気学会論文誌E（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 133 ページ: 85-89
  • NAID: 10031155390
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of GaN nanowall network on Si (111) substrate by molecular beam exitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: Aihua Zhong and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1186/1556-276x-7-686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro fluorescent analysis system integrating GaN-light-emitting-diode on a silicon platform (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Nakazato, Hiroko Kawaguchi, Akio Iwabuchi and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 12 ページ: 3419-3425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single and multiple optical switches that use freestanding silicon nanowire waveguide couplers (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuta Akihama and Kazuhiro Hane
  • 雑誌名: Light: Science & Applications 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and fabrication of GaN crystal ultra-small lateral comb-drive actuators (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Tanae, H.Sameshima, K.Hane
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science Technology 巻: B30 号: 1
  • DOI: 10.1116/1.3668114
  • 査読あり
• [学会発表] Fabrication and evaluation of tunable submicron-thick monocrystalline silicon grating for integration on LSI circuit (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics
  • 発表場所: Jerusalem, Israel
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会
• [学会発表] GaN freestanding waveguides on Si substrate for Si/GaN hybrid photonic integration (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: Transducers
  • 発表場所: Anchorage, USA
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic response of silicon photonic variable-gap waveguide coupler switch (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics, 2014
  • 発表場所: United Kingdom, Glasgow
  • 年月日: 2014-08-18
  • 国際学会
• [学会発表] Photonic-crystal-waveguide-assisted directional couplers for hybrid Si/GaN nanophotonics (2014)
  • 著者名/発表者名: Borriboon Thubthimthong
  • 学会等名: International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics, 2014
  • 発表場所: United Kingdom, Glasgow
  • 年月日: 2014-08-18
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-Channel microelectromechanical tunable micro-ring resonator filter (2014)
  • 著者名/発表者名: Mahn Hoang Chu
  • 学会等名: The 8th International Conference on Photonics and Applications
  • 発表場所: Vietnum, Da Nang
  • 年月日: 2014-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Compact electromechanical tunable micro-ring resonator add-drop filter (2014)
  • 著者名/発表者名: Mahn Hoang Chu
  • 学会等名: The 8th International Conference on Photonics and Applications
  • 発表場所: Vietnum, Da Nang
  • 年月日: 2014-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Micro-Electro-Mechanical Systems; Silicon-based integration for Opto-mechatronics (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Hane
  • 学会等名: 2013 International Symposium on Optomechatronic Technologies
  • 発表場所: Korea, Cheju Island
  • 年月日: 2013-10-28 – 2013-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] Strong light coupling between heterogeneous nanophotonic circuits using a fast-guided-mode photonic crystal waveguide (2013)
  • 著者名/発表者名: Borriboon Thubthimthong
  • 学会等名: The 4th Japan-China-Korea Joint Conference on MEMS/NEMS 2103
  • 発表場所: Japan, Sendai (東北大学)
  • 年月日: 2013-08-23 – 2013-08-24
• [学会発表] Fast guided mode of a photonic crystal waveguide (2013)
  • 著者名/発表者名: Borriboon Thubthimthong
  • 学会等名: Optical MEMS and Nanophotonics 2013
  • 発表場所: Japan, Kanazawa (金沢文化ホール)
  • 年月日: 2013-08-18 – 2013-08-22
• [学会発表] Ultra-low power Si-photonic variable-gap coupler switch with nano-latch mechanism (2013)
  • 著者名/発表者名: Syotaro Abe
  • 学会等名: Transducers 2013
  • 発表場所: Spain, Barcelona
  • 年月日: 2013-06-16 – 2013-06-20
• [学会発表] Compound switch consisting of gap-variable silicon nanowire waveguide couplers (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Hane
  • 学会等名: 17th Opto-Electronics and Communicaiotns Conference
  • 発表場所: Korea, Busan
• [学会発表] An improved gap-variable silicon nano-wire waveguide coupler switch (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Munemasa
  • 学会等名: Optical MEMS and Nanophotonics Conference
  • 発表場所: Canada, Banff
• [学会発表] Coupling properties of freestanding silicon nanowire waveguide couplers with a gap-variable mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Munemasa
  • 学会等名: 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: 神戸(Meriken Park Oriental Hotel )