Development of Ge-based mid-infrared waveguide platform with strong optical confinement for on-chip gas sensing

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14670
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所 (2018); 東京都市大学 (2017)
• 研究代表者: 徐 学俊 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 (80593334)
• 研究協力者: 大迫 力人
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: Mid-infrared photonics / Silicon photonics / Gas sensing / Germanium / Microresonator

研究成果の概要

本研究では、超高感度を持つオンチップガスセンシングに向けて、Si基板上に中赤外光デバイスプラートフォームを開発した。まず、分子線エピタキシー法と成長後アニールを用いて、超低中赤外吸収(<10 cm-1)のGe-on-Si薄膜を結晶成長した。次に、光導波路、ファイバーへのグレーティングカプラー及びマイクロディスク共振器等の基本光素子をGe-on-SiとSOI基板上に実現した。特に、10%超えたファイバーと導波路のカプリング効率が得られた。また、理論計算により、これらのデバイスをベースして、0.04 mm2未満のチップ領域でメターオーダーの等価光吸収長さが得られることはわかった。

自由記述の分野

半導体工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

The research indicates that the proposed MIR photonic platform is very promising for high sensitivity on-chip trace gas sensing, and represents a new direction for group-IV photonics. It thus pave the way to low-cost, practical, portable, and smart gas monitoring tools in industry and daily life.