高Q値フォトニック結晶ナノ共振器結合系の高速電気制御による光の動的制御の研究

我々はこれまでに高Q値フォトニック結晶共振器やその結合系に光を保持している間に屈折率分布を変化させることで、光を動的に操作する技術を提案し、その実証に取り組んできた。これは物理的に興味深いだけでなく、シリコンチップ上での光バッファメモリー、光波長変換、光の時間反転などの実現につながる有望な技術である。しかし従来、屈折率制御はチップ外部から光パルスを照射することでキャリアを励起する手法で行っており、その光源も含めると制御系が巨大になることや、複数の個所を任意のタイミングで制御するような複雑な制御ができないなどの課題があった。そこでフォトニック結晶共振器結合系に面内p-i-n構造を導入して電気的に屈折率を高速に制御できる機構を付加することを検討し、ごく最近その実現に成功した。しかしながら、プロセスの複雑化に伴う汚染、結合共振器やp-i-n構造が十分に最適化できていないことなどの課題が残っている。そこで本年度は電気的屈折率制御機構導入のために複雑化したプロセスに伴う共振器の汚染の抑制方法を検討した。より具体的には(a)プロセス時に共振器領域を汚染から分離するための保護膜の利用、および(b)作製後の共振器の表面の清浄化の２つを中心とした検討を行った。また電極材料をAlからAu/Crへ変更することで、最終工程であるドライHFによる下部SiO2層の除去の直前に、弱い酸洗浄を行って表面を清浄化するプロセスも導入した。さらにAu/Cr電極への変更によりワイヤーボンディングの温度が低下することで、この工程における汚染も低減できた。これらの検討の結果、これまでは200万程度以下であった電気制御機構付きの結合共振器系のQ値が、その2倍程度の400万程度まで向上するという大きな成果を得た。また共振器Q値を保ちながら共振器間結合定数を増大させる試みに関しても、検討を開始した。

我々はこれまでに高Q値フォトニック結晶共振器やその結合系に光を保持している間に屈折率分布を変化させることで、光を動的に操作する技術を提案し、その実証に取り組んできた。これは物理的に興味深いだけでなく、シリコンチップ上での光バッファメモリー、光波長変換、光の時間反転などの実現につながる有望な技術である。しかし従来、屈折率制御はチップ外部から光パルスを照射することでキャリアを励起する手法で行っており、その光源も含めると制御系が巨大になることや、複数の個所を任意のタイミングで制御するような複雑な制御ができないなどの課題があった。そこでフォトニック結晶共振器結合系に面内p-i-n構造を導入して電気的に屈折率を高速に制御できる機構を付加することを検討し、ごく最近その実現に成功した。しかしながら、プロセスの複雑化に伴う汚染、結合共振器やp-i-n構造が十分に最適化できていないことなどの課題が残っている。そこで本年度は電気的屈折率制御機構導入のために複雑化したプロセスに伴う共振器の汚染の抑制方法を検討した。より具体的には(a)プロセス時に共振器領域を汚染から分離するための保護膜の利用、および(b)作製後の共振器の表面の清浄化の２つを中心とした検討を行った。また電極材料をAlからAu/Crへ変更することで、最終工程であるドライHFによる下部SiO2層の除去の直前に、弱い酸洗浄を行って表面を清浄化するプロセスも導入した。さらにAu/Cr電極への変更によりワイヤーボンディングの温度が低下することで、この工程における汚染も低減できた。これらの検討の結果、これまでは200万程度以下であった電気制御機構付きの結合共振器系のQ値が、その2倍程度の400万程度まで向上するという大きな成果を得た。また共振器Q値を保ちながら共振器間結合定数を増大させる試みに関しても、検討を開始した。