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2012 年度 実績報告書

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

研究課題/領域番号 24246019
研究種目

基盤研究(A)

研究機関東北大学

研究代表者

羽根 一博  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 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
キーワードウエハ接合 / 光エレクトロニクス / MEMS
研究概要

本年度は,SiフォトニクスとGaNフォトニクスを融合した光回路システムおよび電子回路システムのプラットホーム技術をマイクロマシニング技術により開発することを目的に,ハイブリッド基板の製作を中心に研究を進めた.ウエハの張り合わせのための装置開発を行った.特にポリマーによる張り合わせのための脱泡装置を製作し,脱泡条件を明らかにした.ウエハ張り合わせの方法として,ポリマーによる張り合わせとガラス(SiO2)による張り合わせを試みた.また,張り合わせ後の基板シリコンの除去後の残留応力の影響およびGaN結晶成長のために用いられる緩衝層の残留応力の影響を明らかにし,張り合わせ後の表面研磨についても検討した.
Si基板上にMOCVDで成長したGaN層をSi基板に張り合わせ,GaN側のSi基板をSF6ガスにより全部エッチングする方法を中心に実験を進めた.紫外線硬化ポリマーを用いて第1段階のパターニングを行った.高さを調整した支持部のパターンを形成できた.GaN/Siウエハ接合後,間隙にポリマーを充填する方法で,一様なウエハ張り合わせができることを見出した.また,ガラス接合においては,電子線露光用レジスト材料に用いられるガラス系分子含有ポリマーを用いて接合し,熱処理により十分な接合強度が得られることを明らかにした.それらの張り合わせウエハのSi基板をエッチンングすると,GaN結晶膜の応力が解放され,はがれる場合も見られたが,接合条件の改善で,はがれを抑えることができた.残留応力層であるGaN緩衝層を除去するために,エッチング条件を探索し,ドライエッチングにより除去できた.エッチング後に表面に加工荒れが発生しているので,研磨を行った.これらの研究結果から,本年度の目的はほぼ達成されたと考えられた.

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

本年度は初年度であるので,SiとGaNのプラットホームの基盤技術を開発のための接合ウエハを開発した.ウエハの接合のために計画した研究内容のほとんどすべてを実施し,目的の接合が行えることを示すことができた.

今後の研究の推進方策

今後は初期の研究計画に従い,研究を進める.具体的には,まずGaN導波路の製作,Si導波路および機能性光回路の製作をそれぞれ別々の基板で実施する.さらにSOIウエハの上層Siよりシリコンフォトニック導波路(カプラー用導波路,バスライン導波路)を製作し,製作後に,初年度に開発した技術によりGaN/Si基板を張り合わせる.張り合わせ後,GaN/Si基板のSi基板をエッチングにより除去し,GaN層をポリマーあるいはガラス層を挟んで形成する.加えてGaN層にさらにパターニングを行い,GaNフォトニック導波路を形成する.このようなSiとGaNの2層の導波路融合光回路を製作するための基礎技術を実現する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Wavelength Characteristics of a Gap-Variable Silicon Nanowire Waveguide Coupler Switch Using Micro Actuator2013

    • 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

    • DOI

      10.1541/ieejsms.133.85

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of GaN nanowall network on Si (111) substrate by molecular beam exitaxy2012

    • 著者名/発表者名
      Aihua Zhong and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Nanoscale Research Letters

      巻: 7 ページ: 686-1-686-7

    • 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 platform2012

    • 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

    • DOI

      10.1039/C21C40178A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single and multiple optical switches that use freestanding silicon nanowire waveguide couplers2012

    • 著者名/発表者名
      Yuta Akihama and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Light: Science & Applications

      巻: 1 ページ: e16-e16(8pp)

    • DOI

      10.1038/Isa.2012.16

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and fabrication of GaN crystal ultra-small lateral comb-drive actuators2012

    • 著者名/発表者名
      Takuma Tanae, Hidehisa Sameshima, and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science Technology B

      巻: 30 ページ: 012001-1-8

    • DOI

      10.1116/1.3668114

    • 査読あり
  • [学会発表] Coupling properties of freestanding silicon nanowire waveguide couplers with a gap-variable mechanism2012

    • 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 )
    • 年月日
      20121030-20121102
  • [学会発表] An improved gap-variable silicon nano-wire waveguide coupler switch2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Munemasa
    • 学会等名
      Optical MEMS and Nanophotonics Conference
    • 発表場所
      Canada, Banff
    • 年月日
      20120806-20120809
  • [学会発表] Compound switch consisting of gap-variable silicon nanowire waveguide couplers2012

    • 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
    • 年月日
      20120702-20120706

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公開日: 2015-05-28  

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