【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24IT0029
利用課題名 / Title
シリコンフォトニクスを用いた高機能光デバイスの研究
利用した実施機関 / Support Institute
東京科学大学 / Science Tokyo
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,フォトニクス/ Photonics,スパッタリング/ Sputtering
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
庄司 雄哉
所属名 / Affiliation
東京科学大学 総合研究院
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
IT-004：マスクレス露光装置
IT-038：電子ビーム露光装置
IT-027：ダイシングソー及びダイシング補助装置
IT-028：スパッタ装置（対向ターゲット式）
IT-031：磁気光学効果評価装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
シリコン光回路上に集積可能な導波路型光アイソレータの実現を目的として研究を行った。Silicon-on-insulato(SOI)基板をプラットフォームとして薄膜磁石を集積したデバイス構造の作製を検討した。磁気光学結晶の薄膜集積に向けて、高エッチングレートの犠牲層作製プロセスを検討した。また、シリコン導波路上の金属ヒーターを光信号により加熱する全光型の熱光学スイッチの研究を行った。
実験 / Experimental
220 nm厚のSOIウエハ上に電子ビーム露光装置(IT-038)で光導波路パターンを形成した。RIEによってトップのSi層をエッチングし光導波路を形成した。磁気光学効果を発現させるため、磁気光学ガーネットCe:YIGを直接接合法で堆積した。コバルトフェライト膜はスパッタリング法で堆積した。薄膜磁石や電極などのパターン形成にはマスクレス露光機(IT-004)と対向ターゲット式スパッタ装置(IT-028)を用いた。チップの端面出しにダイシングソー(IT-027)を用いた。磁気光学効果評価装置(IT-031)の先球ファイバによりデバイスの透過光スペクトルを測定することで光学特性を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に示す薄膜磁石の磁化によって外部磁石を必要とせずに光アイソレータ動作するデバイスの作製に成功し、消光比16.5 dBの動作特性が得られた。全光型熱光学スイッチではマッハツェンダー干渉計(MZI)を縦列接続した1×8ポートの光スイッチを試作し、制御光によるスイッチング動作の実証に成功した。クロストークは-15.2dB以下であり、MZI単体におけるπ位相シフトに必要な光パワーは46.2 mWとなった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 作製した薄膜磁石集積デバイスの光学顕微鏡像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Jianping Wang, Self-holding magneto-optical switch integrated on silicon photonic platforms, Optics Express, 32, 28570(2024).
DOI: 10.1364/OE.532018
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Zhu Liang, All-optical remotely controllable 1 × 8 silicon thermo-optic switch based on Mach-Zehnder interferometers, Optics Express, 33, 5539(2025).
DOI: 10.1364/OE.532245
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 中西 航輔, 高 磊, 須藤 吉克, 村井 俊哉, 山田 浩治, 庄司 雄哉, "薄膜転写技術による磁気光学材料集積用犠牲層材料の検討" 第85回応用物理学会秋季学術講演会, 2024年9月17日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件