| 研究課題/領域番号 |
15H05735
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| 研究機関 | 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所 |
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研究代表者 |
納富 雅也 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 上席特別研究員 (50393799)
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| 研究分担者 |
横尾 篤 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 主任研究員 (00393801)
舘野 功太 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (20393796)
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| 研究期間 (年度) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| キーワード | フォトニック結晶 / ナノワイヤ / プラズモニクス / グラフェン |
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| 研究実績の概要 |
１ InP系ナノワイヤ(NW)とSiフォトニック結晶(PhC)融合系による光デバイス動作：共振器と偏光方向の一致する活性体積の大きな多層InAsP/InPNWを用いて、NW-PhC系による初めての光励起レーザ発振を達成した。線幅測定、発光寿命測定、光子相関測定を組み合わせることにより、確実に発振していることを確認。光通信波長帯では初のNWレーザ発振である。また、同素子を用いてNWレーザとして初めて10GHz以上の高速変調動作を実現し、エラーレートの評価を行った。
２ 金属-絶縁体-金属(MIM)プラズモニクス導波路融合系：断面積40nm×20nmの深サブ波長領域のMIM 導波路をSi細線導波路と結合するモード変換器を試作し、1550nm波長帯において2dB以下の高効率結合を実現した。Si細線導波路に結合するプラズモニクスモード変換器としてはこれまでで最も小型かつ高効率。
３ グラフェン装荷ナノフォトニクス構造：SiPhCおよびMIMプラズモニクス導波路上にグラフェンを装荷する技術の立上げを行った。また、グラフェン装荷によりPhC線欠陥上にナノ共振器を形成でき、フェルミレベルの制御によってオンデマンドに形成・消滅できることを理論解析で見出した。
４ ナノマニピュレーション高度化：マニピュレータによってPhC線欠陥上に選択的にイオン液体を塗布することにより、その部分にナノ共振器の形成に成功。
５ ナノ材料の機能化：InAsP/InP NWの発光特性を上げかつ波長制御を試みるために、パターン基板による位置制御や、TBClのエッチング効果を利用した構造制御を試みた。新たに直接遷移型ウルツ鉱構造GaPにおいて無積層欠陥NW成長に成功した。また、ZnO NWの利用を目指したPhC構造の設計を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は、開始前に技術として開発済みであったナノワイヤ・フォトニック結晶ハイブリッド構造を用いて、実際に光デバイス動作を達成することと、上記以外のナノマテリアル・ナノフォトニクス融合プラットフォームを立上げること、の二つが大きな目標であった。前者については明確なレーザ発振及び高速変調動作を達成することができ、目的を予定通り達成できた。後者についても、グラフェン装荷型ナノフォトニクスデバイスの提案、新規プラットフォームの作製技術の立上げまで進んでおり、ほぼ予定通りに進行している。また、イオン液体による共振器形成に関しては計画を一年前倒しで達成することができた。以上から本研究課題の進捗状況としては、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度以降はこれまで設計を進めてきた基本プラットフォーム構造を実現及び高性能化するとともに、新材料への展開を進めていく予定である。
・MIMプラズモニクス導波路プラットフォームは、ほぼ作製技術が確立したので、今後、実際に様々なナノ材料と組み合わせて研究を展開させていく。
・ナノワイヤ・フォトニック結晶融合プラットフォームについては、特に短波長域に特異な物性を持つナノワイヤが多いため、短波長域で働くフォトニック結晶を開発する。
・グラフェン装荷型ナノフォトニクス構造については、設計がほぼ完了したので、具体的な素子作製の研究を展開していく。
・成長技術を駆使して、ＰＩＮ接合や量子ドットなどナノワイヤの機能化を進めるとともに、新材料によるナノワイヤ、ナノ材料の探索を始める。以上の技術を進めながら、ナノマテリアル・ナノフォトニクス融合プラットフォームにより、究極的にどのようなデバイス性能が期待できるかを明らかにしていく。
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