機能物質科学研究部
異なる屈折率媒質が多次元周期的に配列された人工構造であるフォトニック結晶は、光の伝搬を高度に制御可能であることから、超小型光集積回路等の次世代の光デバイスへの応用が期待され、理論検討から微細加工技術を用いた作製へと研究が進展してきている。我々は、将来の大規模集積化をにらんで、SOI (Silicon On Insulator)構造に着目し、通信エネルギー研究所の協力を得て、２次元フォトニック結晶の設計、作製に取り組んでいる。
まず、基本となる２次元フォトニック結晶構造を、設計・作製し、特性を評価した。厚さ200nmのSi層に400nm周期で垂直孔を３角格子状に作製した。垂直方向には、Si層とSiO2層ならびに空気層の屈折率差で光をSi層に閉込め、面内方向には、屈折率の異なるSi部分と空気部分（垂直孔）が周期的に配列する２次元フォトニック結晶構造となっている。測定の結果、フォトニック結晶の特徴であるフォトニックバンドギャップ（光の絶縁体として機能）が、光通信波長帯に明瞭に形成されており、SOI構造で良好な２次元フォトニック結晶が作製できることを明確にした[1]。さらに、光配線構造として重要な線欠陥構造について検討した。我々はSOI構造に適した構造として、フォトニック結晶構造領域にはさまれた線欠陥構造の幅を通常より狭めた幅変化型線欠陥構造を提案・作製した(図１)。透過スペクトル（図２）の測定の結果、良好な単一モード光伝搬に世界に先駆けて成功した[2]。
今回、超小型光集積回路の基本要素であるフォトニック結晶構造と線欠陥構造をSOI構造を用いて実現した。SOI 構造２次元フォトニック結晶は超小型集積回路に適した構造と言え、今後のデバイス構造作製などへの展開が期待できる。
[1] I. Yokohama et al., OECC 2000 (2000) 11B2-4.
[2] M. Notomi et al., Electron. Lett. 37 (2001) 293.
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