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Q値100万以上の光ナノ共振器の大量作製に成功大阪府立大学,産業技術総合研究所(産総研) 研究グループ

 大阪府立大学,産業技術総合研究所(産総研)の研究グループは,工業生産に適したフォトリソグラフィ法を用いて,100万以上のQ値を有する光ナノ共振器を作製することに成功したと発表した。  シリコンフォトニック結晶を用いた光ナノ共振器は,100万を超える非常に高いQ値を実現しており,光を微小領域に強く閉じ込めることが可能であり,この特長を生かしたさまざまな光素子が研究され,IoT時代を切り開くシリコンレーザー,光集積回路で重要となる光メモリー,どこでも簡便に使える医療診断センサーなどが挙げられる。とくに,近年開発され注目を集めている超低消費電力シリコンラマンレーザーは,100万以上のQ値を持つ光ナノ共振器が必要不可欠とされている。しかし,一般的に,光ナノ共振器は,非常に小さな空気孔(直径200 nm程度)を周期的に配列した構造からなるため,リソグラフィに高い精度が要求され,また,リソグラフィ以外の作製工程でも多くの工夫が必要になるため,100万以上のQ値の実現は,電子線リソグラフィ法を用いても容易ではなく,微細パターン形成の精度が劣るとされるフォトリソグラフィ法と,柔軟性に欠ける半導体製造プロセスでは,Q値100万以上の光ナノ共振器を作製することは困難と考えられてきた。  今回,基礎研究と応用研究で世界を牽引するグループが協力し,それぞれの知識,技術を持ち寄り,融合させ,フォトリソグラフィ法と半導体製造プロセスを用いて高Q値光ナノ共振器を作製するための最適な方法が考え出されることにより,主に,産総研がデバイス設計とサンプル作製を担当し,大阪府立大学がデバイスの特性評価を担当した。  サンプル作製は,産総研スーパークリーンルーム(SCR)のシリコンデバイス一貫試作ラインを利用した。 最先端のArF液浸フォトリソグラフィ法と,現場の技術者が有するプロセスノウハウを生かして,大面積30cmシリコンウエハー全面に,光ナノ共振器を高い精度で作 製した結果,150万のQ値を得ることに成功した。  今後,共振器構造と作製プロセスの最適化を進めることで,これ以上のQ値も期待されている。

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