化合物半導体キャリアによるメタマテリアルの動的制御を用いた小型光変調器の開発

• 研究課題/領域番号: 25420321
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 雨宮 智宏 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助教 (80551275)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 集積フォトニクス / 光メタマテリアル / 化合物半導体 / 光集積 / メタマテリアル / 光通信

研究成果の概要

これまで物質固有だと思われてきた誘電率や透磁率の値を人工的に制御して、自然界に存在しない物質（代表例として負の屈折率をもつような物質）を作り出そうという研究が最近注目を集めている。このような人工物質を総称して、「メタマテリアル」と呼ぶ。
メタマテリアルにおける次世代のトレンドは、それを各種機能材料と組み合わせることで、デバイスとして利用することにある。
本研究では、誘電率や透磁率の値を人工的に制御できるメタマテリアルをInP系光通信素子に融合することで、メタマテリアルの動的制御を行うとともに，それを利用した「集積型光変調器」を試作することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Optical Lattice Model Towards Nonreciprocal Invisibility Cloaking (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Amemiya, Masato Taki, Toru Kanazawa, Takuo Hiratani, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: IEEE J. Quantum Electron. 巻: 51 号: 3 ページ: 6100110-6100110
  • DOI: 10.1109/jqe.2015.2389853
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optical and Magnetic Microstructures in YIG Ferrite Fabricated by Femtosecond Laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ishikawa, Tomohiro Amemiya, Yuya Shoji, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka, Tetsuya Mizumoto, Shigehisa Arai, and Takuo Tanaka
  • 雑誌名: J. of Laser Micro/Nanoengineering 巻: 10 号: 1 ページ: 48-52
  • DOI: 10.2961/jlmn.2015.01.0010
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Permeability-controlled Optical Modulator with Tri-gate Metamaterial: Control of Permeability on InP-based Photonic Integration Platform (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Amemiya, Atsushi Ishikawa, Toru Kanazawa, JoonHyun Kang, Nobuhiko Nishiyama, Yasuyuki Miyamoto, Takuo Tanaka, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 29 号: 1 ページ: 2110-2115
  • DOI: 10.1038/srep08985
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal properties of lateral-current-injection semiconductor membrane Fabry-Perot laser under continuous-wave operation. (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hiratani, K. Doi, J. Lee, D. Inoue, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 4 ページ: 042701-042701
  • DOI: 10.7567/jjap.54.042701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of apodized hydrogenated amorphous silicon grating couplers with metal mirrors for inter-layer signal coupling: Toward three-dimensional optical interconnection (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kuno, JoonHyun Kang, Yusuke Hayashi, Junichi Suzuki, Tomohiro Amemiya, Nobuhiko Nishiyama, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 号: 4S ページ: 04DG04-04DG04
  • DOI: 10.7567/jjap.54.04dg04
  • NAID: 210000145017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sub-milliampere threshold operation of butt-jointed built-in membrane DFB laser bonded on Si substrate. (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Inoue, J. Lee, T. Hiratani, Y. Atsuji, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 23 号: 6 ページ: 7771-7778
  • DOI: 10.1364/oe.23.007771
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of Optical Interconnection by Using Photonic Wire Bonding (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhichen Gu, Tomohiro Amemiya, Atsushi Ishikawa, Yuki Atsumi, Joonhyun Kang, Takuo Hiratani, Yusuke Hayashi, Junichi Suzuki, Nobuhiko Nishiyama, Takuo Tanaka, Shigehisa Arai
  • 雑誌名: Journal of Laser Micro/Nanoengineering 巻: 10 号: 2 ページ: 148-153
  • DOI: 10.2961/jlmn.2015.02.0007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal analysis of lateral-current-injection membrane distributed feedback laser. (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Doi, T. Shindo, J. Lee, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: IEEE Journal of Quantum Electronics 巻: 50 号: 5 ページ: 321-326
  • DOI: 10.1109/jqe.2014.2309700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-temperature continuous-wave operation of GaInAsP/InP lateral-current-injection membrane laser bonded on Si substrate. (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Inoue, J. Lee, K. Doi, T. Hiratani, Y. Atsuji, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 7 ページ: 072701-072701
  • DOI: 10.7567/apex.7.072701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arnorphous-Silicon Inter-Layer Grating Couplers with Metal Mirrors toward 3D Interconnection (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kang, Y. Atsumi, Y. Hayashi, J. Suzuki, Y. Kuno, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: 20(印刷中) 号: 4 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1109/jstqe.2014.2300058
  • 査読あり
• [雑誌論文] GaInAsP/InP-based optical modulator consisting of gap-surface-plasmon-polariton waveguide: theoretical analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Amemiya, Eijun Murai, Zhichen Gu, Nobuhiko Nishiyama, and Shigehisa Arai
  • 雑誌名: J. of Optical Society of America B 巻: 31 号: 11 ページ: 2908-2913
  • DOI: 10.1364/josab.31.002908
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface assessment after removing III-V layer on III-V/silicon-on-insulator wafer fabricated by plasma activated bonding (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Suzuki, Y. Hayashi, Y. Kuno, J. Kang, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 53 号: 11 ページ: 118003-118003
  • DOI: 10.7567/jjap.53.118003
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 50 Gbps data transmission through amorphous silicon interlayer grating couplers (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kang, Y. Atsumi, YHayashi, J. Suzuki, Y. Kuno, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 3 ページ: 032202-032202
  • DOI: 10.7567/apex.7.032202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of Lateral-Current-Injection-Type Membrane Distributed-Feedback Lasers for On-Chip Optical Interconnections (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shindo, M, Futami, K. Doi, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 巻: 19 号: 4 ページ: 1502009-1502009
  • DOI: 10.1109/jstqe.2013.2244573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and Characterization of AlGaInAs/InP Buried Heterostructure Transistor Lasers Emitting at 1.3-µm Wavelength (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, M. Shirao, T. Sato, M. Yukinari, N. Nishiyama, T. Amemiya, and S. Arai,
  • 雑誌名: IEEE J. Select. Top. Quantum Electron. 巻: 19 号: 4 ページ: 1502608-1502608
  • DOI: 10.1109/jstqe.2013.2250490
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral-Current-Injection Type Membrane DFB Laser With Surface Grating (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shindo, M, Futami, T. Okumura, R. Osabe, T. Koguchi, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technol. Lett. 巻: 25 号: 13 ページ: 1282-1285
  • DOI: 10.1109/lpt.2013.2261980
  • 査読あり
• [雑誌論文] 【解説】 オンチップ光通信に向けたプラズモニクス ～世界の今とこれから～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 雨宮智宏、荒井滋久
  • 雑誌名: 光アライアンス（日本工業出版） 巻: 24 ページ: 42-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] 10 Gbps Operation of Top Air-Clad Lateral Junction Waveguide-Type Photodiodes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shindo, T. Koguchi, M. Futami, K. Doi, Y. Yamahara, J. Lee, T. Amemiya, N. Nishiyama, and S. Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 11R ページ: 118002-118002
  • DOI: 10.7567/jjap.52.118002
  • NAID: 210000143086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Nanostructuring in YIG Ferrite with Femtosecond Laser (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomo Amemiya, Shigehisa Arai, Tetsuya Mizumoto, Yuya Shoji, Takuo Tanaka, Atsushi Ishikawa, Masaaki Tanaka, and Pham Hai
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 39 号: 2 ページ: 212-215
  • DOI: 10.1364/ol.39.000212
  • URL: http://dx.doi.org/10.1364/OL.39.000212
  • 査読あり
• [学会発表] High Efficiency Apodized Grating Couplers with Metal Mirrors between a-Si:H Multilayer Waveguides toward 3D Optical Interconnection (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuno
  • 学会等名: The 46th Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
  • 発表場所: Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] Electrode Position Dependence of Energy Cost in Lateral-Current-Injection Membrane Distributed Reflector Laser (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hiratani
  • 学会等名: The 24th IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2014)
  • 発表場所: Palma de Mallorca, Spain
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] D. InoueGaInAsP/InP Lateral-Current-Injection Membrane DFB Laser Integrated with GaInAsP Waveguides on Si Substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Inoue
  • 学会等名: The 24th IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2014)
  • 発表場所: Palma de Mallorca, Spain
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] Investigation of High Temperature Process for III-V/SOI Hybrid Photonic Devices with AlInAs Oxidation Current Confinement Layer (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayashi
  • 学会等名: 4th IEEE International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D 2014)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-07-15
• [学会発表] Light Propagation Properties of Si Waveguides after Removing III-V Layer on a III-V/SOI Wafer Fabricated by Plasma Activated Bonding (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Suzuki
  • 学会等名: 4th IEEE International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D 2014)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-07-15
• [学会発表] Meta-photonics for Advanced InP-based Photonic Integration (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: The Collaborative Conference on Materials Research (CCMR 2014)
  • 発表場所: Incheon/Seoul, South Korea
  • 年月日: 2014-06-23
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of Optical Interconnection using Photonic Wire Bonding (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Gu
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2014)
  • 発表場所: Vilnius, Lithuania
  • 年月日: 2014-06-17
• [学会発表] Optical and magnetic microstructures in YIG ferrite fabricated by femtosecond laser (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ishikawa
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2014)
  • 発表場所: Vilnius, Lithuania
  • 年月日: 2014-06-17
  • 招待講演
• [学会発表] Three-dimensional Nanostructuring in YIG Ferrite with Femtosecond Laser (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics 2014 (CLEO 2014)
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2014-06-08
• [学会発表] SiO2 Thickness Dependence of Bandgap Wavelength Shift in Quantum-well Intermixing for Photonic Integration (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Lee
  • 学会等名: The 26th Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM-2014)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2014-05-11
• [学会発表] Low-Power and High-Speed Operation Capabilities of Semiconductor Membrane Lasers - Energy Cost Limited by Joule Heat (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hiratani
  • 学会等名: The 26th Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM-2014)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2014-05-11
• [学会発表] Low-threshold-current Operation of Lateral Current Injection Membrane Distributed-feedback Laser Bonded on Si (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsuji
  • 学会等名: The 26th Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM-2014)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2014-05-11
• [学会発表] Electrically-driven Permeability-controlled Optical Modulator using Mach-Zehnder Interferometer with Metamaterial
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics 2013 (CLEO 2013)
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] Photonic metamaterials in semiconductor optical devices
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: 2013 EMN Open Access Week
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 招待講演
• [学会発表] Photonic metamaterials for InP-based optical communication devices
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: 3rd International Conference on Nanotek and Expo (Nanotek 2013)
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Asymmetric Invisibility Cloaking Theory Based on the Concept of Effective Electromagnetic Fields for Photons
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: Denver, USA
• [学会発表] Three-dimensional Nanostructuring in YIG Ferrite with Femtosecond Laser
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics 2013 (CLEO 2014)
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] Investigation of Optical Interconnection using Photonic Wire Bonding
  • 著者名/発表者名: Z. Gu
  • 学会等名: The 15th Int’l Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2014)
  • 発表場所: Vilnius, Lithuania
• [学会発表] Optical and magnetic microstructures in YIG ferrite fabricated by femtosecond laser
  • 著者名/発表者名: A. Ishikawa
  • 学会等名: The 15th Int’l Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2014)
  • 発表場所: Vilnius, Lithuania
  • 招待講演
• [学会発表] Permeability control in InP-based photonic platforms
  • 著者名/発表者名: T. Amemiya
  • 学会等名: The Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2014
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] メタマテリアルを用いたInP系プラットフォームにおける透磁率制御
  • 著者名/発表者名: 雨宮 智宏
  • 学会等名: 電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会(OPE)
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] フォトニックワイヤーボンディングを用いたSi光回路間の伝搬特性解析
  • 著者名/発表者名: Zhichen Gu
  • 学会等名: 第61回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] 光子における有効電磁場を使った非対称光学迷彩
  • 著者名/発表者名: 雨宮 智宏
  • 学会等名: 第61回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたCe:YIGへの３次元光ナノ加工
  • 著者名/発表者名: 石川 篤
  • 学会等名: 第61回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フェムト秒レーザーによるYIGフェライト3次元光造形
  • 著者名/発表者名: 雨宮 智宏
  • 学会等名: 第61回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] ギャッププラズモンとITOを利用したGaInAsP/InP GSPP変調器の特性解析
  • 著者名/発表者名: 村井 英淳
  • 学会等名: 第61回春季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 相模原