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2013 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
研究実績の概要

ポリマーによる張り合わせでは,気泡が残留しないように,2段階のポリマー接合を開発した.またガラス(SiO2)成分を含んだガラス系分子含有ポリマーによる張り合わせ条件を明らかにし,気泡が含まれない張り合わせ条件を見出した.また,張り合わせ後,基板シリコンの除去した.さらにGaN結晶成長のために用いられる緩衝層を除去し,残留応力の少ないGaN層の張り合わせを実現した.
SiのSOIウエハ上にSi導波路を製作し,導波特性を測定した.また可変リング等のデバイスも製作し,Si基板上へのSiフォトニック光回路の基本構造を製作する技術を確立できた.またSi基板上にMOCVDで成長したGaN層をエッチングし,GaN導波路パターンを形成し,さらにフッ化キセノンガスによりSi基板の一部をエッチングすることで,Si基板上の自立型GaN導波路を製作できた.またリッジ型のGaN導波路も製作した.
次に,Si導波路とGaN導波路をハイブリッドに形成するため,SOIウエハにSi導波路を形成し,その上にGaN層を張り合わせた.張り合わせたウエハのGaN層にGaN光導波路を形成することを試みた.下層のSi導波路と上層のGaN導波路の光結合を実現するため,それらの導波路を用いた異種導波路結合器(カプラー)を試作し,Si導波路をGaN導波路の結合を実現した.
Si導波路とGaN導波路の結合を最適にするため,導波路の伝播定数を調整できる方法として,フォトニック結晶導波路を用いてグループ速度を増大する方法を提案し,その特性を理論計算および,実験により調べた.グループ速度の増大により,材料定数が異なるSi導波路とGaN導波路の結合において,提案方法により導波路設計の条件を緩和できると考えられた.実験によりフォトニック結晶導波路においてグループ速度の増大が可能であることを示した.

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2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ウエハ接合法の確立を目指した.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できた.加えて,Si導波路とGaN導波路のハイブリッド形成のためのデバイス構造を製作できた.また,Si導波路とGaN導波路の結合効率を高める方法としてフォトニック結晶導波路によりグループ速度増大の方法を新たに提案できた.

今後の研究の推進方策

今後も研究計画に従い,研究を進める.具体的には,光通信に利用できる現実的なデバイス構造をSi導波路で実現する.またにGaN導波路おいても機能性の高い光回路を製作する.さらにSOIウエハの上層SiよりSi導波路を製作し,さらにGaN層を張り合わせた後,GaN導波路を形成する方法の研究をさらに進め,Si導波路とGaN導波路のハイブリッド光回路の製作技術を確立する.それら導波路の結合効率を自由に調整できるようグループ速度調整法をさらに研究する.これらの研究によりSiとGaN導波路のハイブリッド回路において光回路特性を測定する.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Variable-gap silicon photonic waveguide coupler switch with a nanolatch mechanism2013

    • 著者名/発表者名
      Syotaro Abe and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 25 ページ: 675-677

    • DOI

      10.1109/LPT.2013.2248354

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of GaN Nanowall Network and Optical Property of InGaN/GaN Quantum Wells by Molecular Beam Epitaxy2013

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 ページ: 08JE13-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.08JE13

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Transmisson-Width-Tunable Silicon-Photonic Microelectromechanical Ring Resonator2013

    • 著者名/発表者名
      Mustafa Ordu and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 25 ページ: 2236-2238

    • DOI

      10.1109/LPT.2013.2285130

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A tunable notch filter using microelectromechanical microring with gap-variable busline coupler2013

    • 著者名/発表者名
      Taro Ikeda and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 21 ページ: 22034-22042

    • DOI

      10.1364/OE21.022034

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A microelectromechanically tunable microring resonator composed of freestanding silicon photonic waveguide couplers2013

    • 著者名/発表者名
      Ikeda and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 102 ページ: 221113-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4809733

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Optical Micro-Electro-Mechanical Systems; Silicon-based integration for Opto-mechatronics2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Hane
    • 学会等名
      2013 International Symposium on Optomechatronic Technologies
    • 発表場所
      Korea, Cheju Island
    • 年月日
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong light coupling between heterogeneous nanophotonic circuits using a fast-guided-mode photonic crystal waveguide2013

    • 著者名/発表者名
      Borriboon Thubthimthong
    • 学会等名
      The 4th Japan-China-Korea Joint Conference on MEMS/NEMS 2103
    • 発表場所
      Japan, Sendai (東北大学)
    • 年月日
      2013-08-23 – 2013-08-24
  • [学会発表] Fast guided mode of a photonic crystal waveguide2013

    • 著者名/発表者名
      Borriboon Thubthimthong
    • 学会等名
      Optical MEMS and Nanophotonics 2013
    • 発表場所
      Japan, Kanazawa (金沢文化ホール)
    • 年月日
      2013-08-18 – 2013-08-22
  • [学会発表] Ultra-low power Si-photonic variable-gap coupler switch with nano-latch mechanism2013

    • 著者名/発表者名
      Syotaro Abe
    • 学会等名
      Transducers 2013
    • 発表場所
      Spain, Barcelona
    • 年月日
      2013-06-16 – 2013-06-20

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公開日: 2016-06-01  

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