異種結晶接合によるシリコン導波路型光機能デバイスの創成と機能集積光回路の形成

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246009
• 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: 東京工業大学
• 研究代表者: 水本 哲弥 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (00174045)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 光制御 / 光集積回路 / シリコンフォトニクス / 異種結晶接合

研究概要

シリコン光集積回路を実現するための基礎として、シリコン導波路に発光デバイス用の化合物半導体及び非相反デバイス用磁気光学結晶を直接接合する方法を研究し、接合条件を明らかにした。この方法を用いて、シリコン導波路で光アイソレータ及び光サーキュレータを製作し、それぞれ最大のアイソレーション30dB及び15dBの良好な特性を実現した。また、シリコン導波路型機能素子として97%のTE-TMモード変換率をもつモード変換器、シリコン導波路と光電変換用面実装フォトダイオード間をランダム偏波に対して86%の結合効率で光結合するアポタイズグレーティング結合器を得ることができた。さらに、これらの機能素子を集積化したシリコン光集積回路を形成するためのデバイス製作プロセスを検討した。

研究成果

• [雑誌論文] MZI optical isolator withSi-wire waveguides by surface- activated direct bonding (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Shoji, M. Itoh, Y. Shirato, and T.Mizumoto
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol.20 ページ: 18440-18448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single trench SiON waveguideTE-TM mode converter (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, Y. Shoji, and T.Mizumoto
  • 雑誌名: IEEE PhotonicsTechnology Letters 巻: vol.24,no.15 ページ: 1310-1312
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Direct wafer bonding and itsapplication to waveguide optical isolators (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mizumoto, Y. Shoji, and R. Takei
  • 雑誌名: Materials 巻: vol.5 ページ: 985-1004
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Waveguide optical isolatorsfor integrated optics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mizumoto, R. Takei, and Y. Shoji
  • 雑誌名: IEEE Journal ofQuantum Electronics 巻: vol.48,no.2 ページ: 252-260
  • 査読あり
• [雑誌論文] (InvitedPaper) Application of Wafer Direct Bonding Technique to Optical Non- reciprocal Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Mizumoto and R. Takei
  • 雑誌名: IEEE PhotonicsJournal 巻: vol.3,no.3 ページ: 588-596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of wafer pre-cleaning andplasma irradiation to wafer surfaces for plasma-assisted surface activated bonding (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Takei, K. Yoshida, and T. Mizumoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of AppliedPhysics 巻: vol.49,no.8 ページ: 086204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design andsimulation of silicon waveguide optical circulator employing nonreciprocal phase shift (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Takei and T. Mizumoto
  • 雑誌名: Japanese Journal ofApplied Physics 巻: vol.49,no.5 ページ: 052203
  • 査読あり
• [学会発表] The first demonstration of silicon waveguide optical circulator (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Mitsuya, Y. Shoji, and T. Mizumoto
  • 学会等名: 2013Optical Fiber Communication Conference (OFC 2013)
  • 発表場所: Anaheim (USA)
  • 年月日: 2013-05-21
• [学会発表] High isolation in silicon waveguideoptical isolator employing non- reciprocal phase shift (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirato, Y. Shoji, and T. Mizumoto
  • 学会等名: 2013 Optical Fiber Communication Conference (OFC2013)
  • 発表場所: Anaheim (USA)
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] Silicon waveguide wavelength-selective switch for on-chip WDM communications (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miura, Y. Shoji, and T. Mizumoto
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference 2012 (IPC 2012)
  • 発表場所: Burlingame (USA)
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] On-chip optical isolatorsand silicon photonics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mizumoto, Y. Shoji, and K. Sakurai
  • 学会等名: The 17th Opto-Electronics and CommunicationsConference (OECC 2012)
  • 発表場所: Busan (Korea)
  • 年月日: 2012-07-06
• [学会発表] Single trench SiON wave- guide TE-TMmode converter (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, Y. Shoji, and T. Mizumoto
  • 学会等名: The 2012 Conference onLasers and Electro-Optics (CLEO 2012)
  • 発表場所: Sann Jose(USA)
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] Improvement in couplingefficiency between a silicon waveguide and a surface mounted photo detector using an apodized grating coupler (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimoto, K. Uchiho, Y. Shoji, and T.Mizumoto
  • 学会等名: The17th Microoptics Conference (MOC'11)
  • 発表場所: 仙台コンベンションセンター(宮城)
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Efficiency Improvement of SOIWaveguide Grating for Coupling to Surface Mounted Photodetector (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Takei, K. Uchiho, and T. Mizumoto
  • 学会等名: The 8th International Conference on Group IV Photonics
  • 発表場所: London(UK)
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Materials anddesigns for nonreciprocal optical devices (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Mizumoto
  • 学会等名: 2010 MRS Fall meeting
  • 発表場所: Boston (USA), Tutorial-J
  • 年月日: 2010-11-29