【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1183
利用課題名 / Title
半導体光デバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
平面アンテナ、光変調器、InP、ミリ波、InGaAs/InAlAs多重量子井戸,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
荒川 太郎
所属名 / Affiliation
横浜国立大学大学院工学研究院知的構造の創生部門
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
肥後昭男、藤原誠
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
UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-900：ステルスダイサー
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ミリ波帯光Radio over Fiber （RoF）のため、LiNbO3 （LN）や光学ポリマベースの平面アンテナ集積型光変調器が注目される。我々は、平面アンテナ集積型光変調器の小型化、集積化を目指し、多重量子井戸をコア層とする平面アンテナ集積型InP系量子井戸光位相変調器を提案している。これまで、60 GHz帯ミリ波をターゲットとした矩形パッチアンテナを集積したInGaAs量子井戸光位相変調器を提案し、その動作を実証している。本研究では、ミリ波受信の偏波無依存化をめざし、ギャップ付円形パッチアンテナを集積した量子井戸光変調器を作製した（図１）。
実験 / Experimental
InGaAs/InAlAs多重量子井戸エピタキシャル基板に電子ビーム露光装置により導波路構造を描画した。次に、誘導結合プラズマ（ICP）ドライエッチングによりハイメサ光導波路構造を作製し、BCBで埋め込んだ。次にスパッタ法によりAl上部電極を製膜し、電子ビーム露光装置により電極形状を描画した後、リフトオフ法によりアンテナ電極を形成した。最後に、基板背面をラッピングし、電子ビーム蒸着装置によりグランド電極を製膜し、ダイシングソー、ブレーキング装置により光導波路端面を劈開した。 作製した光変調器の走査型電子顕微鏡像を図２に示す。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したアンテナ集積光変調器について、電波照射実験を行った。60GHzの無線信号照射時に約55.0 dBの最小のcarrier-to-sideband ratio(CSR)を観測した。受信ミリ波の偏波角によらず約3〜3.5 mradの位相変調量が測定された。これにより円形アンテナによる受信ミリ波の偏波無依存動作が実証された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１．提案した円形パッチアンテナ集積光位相変調器の模式図
図２．作製した円形パッチアンテナ集積光位相変調器の電子顕微鏡像。 （左）上面、 （右）断面。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
電子線露光等についてご指導いただいた肥後昭男特任講師、藤原誠氏に感謝する。
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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Gaku Sekiguchi, Planar array antenna coupled InGaAs/InAlAs multi-quantum well optical modulator for 60 GHz band millimeter wave signals, Optics Express, 32, 18700(2024).
DOI: 10.1364/OE.525299
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Yusuke Uchida, Silicon Microring Resonator Biosensor for Detection of Nucleocapsid Protein of SARS-CoV-2, Sensors, 24, 3250(2024).
DOI: 10.3390/s24103250
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Ryotaro Nakazawa, Quantum Well Optical Modulator With Circular Patch Antenna for Millimeter-Wave Radio Over Fiber System, Journal of Lightwave Technology, 42, 7468-7475(2024).
DOI: 10.1109/JLT.2024.3445632
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Yuta Eto, Shinji Okazaki, Yoshiaki Nishijima, Akio Higo, and Taro Arakawa, "Highly sensitive optical hydrogen gas sensor based on Pt-WO3/Si microring resonator," Microoptics Conf. (MOC) 24, PO-31 , Gaohsiung, Taiwan (Oct. 1, 2024).
- R. Nakazawa, G. Sekiguchi, Y. Otagaki, H. Murata, A. Matsumoto, and T. Arakawa, "Quantum well optical modulator with circular patch antenna for radio over fiber system," Microoptics Conf. (MOC) 24, PO-64 , Gaohsiung, Taiwan (Oct. 1, 2024).
- Mika Aomi and Taro Arakawa, "Proposal of ultralow-driving-voltage optical modulator based on quantum well microring resonat," Microoptics Conf. (MOC) 24, PO-73 , Gaohsiung, Taiwan (Oct. 1, 2024).
- Rei Yanagida and Taro Arakawa, "Ultra-low voltage quantum well optical modulator with double microring resonator operated at cryogenic temperature," Microoptics Conf. (MOC) 24, PO-82 , Gaohsiung, Taiwan (Oct. 1, 2024).
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