ナノ構造集積機能デバイス研究グループ
研究G紹介
シリコン、InPに代表される半導体材料、さらには新機能材料を用いたナノ構造異種材料集積技術を確立し、次世代光デバイスに新規機能、圧倒的な低コスト、小型化、低消費電力化をもたらす新たなメンブレンフォトニクス技術の研究開発に取り組んでいます。 ・超低消費電力メンブレン光デバイス ・スーパーコンティニュウム光源
研究開発成果
【 外部投稿 】 ・［ PhCレーザ ］ Nature Photon. 4, 648 (2010) ・［ LEAPレーザ ］ Nature Photon. 7, 569 (2013) ・［ MOS-MZM ］ Nature Photon. 11, 482 (2017) ・［ onSiC ］ Nature Photon. 15, 28 (2021)
ピックアップテーマ：超低消費電力メンブレン光デバイス
・どんな技術
メンブレン光デバイスは、シリコン基板上に極薄の化合物半導体層（InP系など）が集積されています。この「メンブレン（薄膜）」構造は、これまでの一般的な光デバイスの構造とは異なり、光を活性領域に効率よく閉じ込めることができるため、低消費電力で高速に光を制御することが可能です。これにより、レーザや光変調器の低消費電力化、小型化、高性能化が実現できます。
メンブレン構造の提案
・何が特徴？
高い光閉じ込め係数: 光を活性領域に強く閉じ込めることができるため効率的な変調が可能。 低消費電力化: 小型化と低容量化により、消費電力を抑えた高速動作が可能。 異種材料集積: シリコン基板上へのInP系半導体の集積により、レーザと変調器等の高密度な一体集積が可能。
メンブレンレーザの特長 上下SiO2クラッド＋横型pin構造 >> 高い光閉じ込め係数(G)，小さな活性層体積(V) Si/SOIウェハ上でのレーザ作製 >> レーザ製造コストの削減、Siフォトニクス集積
・何ができる？
メンブレン光デバイスを用いることで、光通信システムの大容量化・低遅延化・低消費電力化が実現可能になります。特に、データセンター内やチップ間の光インターコネクションにおいて、従来の電気信号に代わる高速かつ効率的な通信手段として注目されています。また、光変調器やレーザを一体化したシステムの実現により、機器の小型化・低コスト化が進み、エッジデバイスや量子情報処理、AIチップなど新しい応用分野にも展開が可能です。
ピックアップテーマ：スーパーコンティニュウム光源
・どんな技術
優れた非線形光学材料である化合物半導体：AlGaAs（ヒ化アルミニウムガリウム）をコア、クラッドをSiO2（二酸化シリコン）とするメンブレン導波路技術によって、超広帯域コヒーレント光「スーパーコンティニュウム光」を超小型デバイスで、高効率に生成できます。この技術をベースに、既存の光干渉計・波長フィルタ・受光器等の技術を組み合わせ光集積回路として実現することを目指しています。
技術のポイント 優れた非線形光学材料（AlGaAs）のメンブレン導波路化技術によって: ・超小型・高効率に波長変換を実現します ・2次・3次非線形光学過程の同時活用によって超広帯域光 （スーパーコンティニュウム光）を生成します
・何が特徴？
優れた非線形光学材料（AlGaAs）のメンブレン導波路化技術によって、超小型・高効率に波長変換が実現可能。 2次、3次非線形光学過程の同時活用によって超広帯域光（スーパーコンティニュウム光）の生成が可能。
・何ができる？
帯域一括分子分光による環境ガスセンシングでの利用や、非線形顕微鏡やハイパースペクトルLIDAR等の先進イメージングでの利用を目指しています。
＜ 応用例 ＞
