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» 2016年03月17日 12時00分 UPDATE

シリコンラマンレーザーの工業化に道:Q値世界最高水準、光ナノ共振器の大量作製に成功 (1/3)

大阪府立大学と産業技術総合研究所は2016年3月16日、150万の高Q値を持つ光ナノ共振器を大量作製することに成功したと発表した。

[竹本達哉,EE Times Japan]

 大阪府立大学と産業技術総合研究所(産総研)の研究グループ*)は、「世界最高レベル」(産総研)という最高200万以上のQ値(共振器が光を閉じ込める強さを表す値)を持つ光ナノ共振器をフォトリソグラフィー法で作製することに成功したと2016年3月16日に発表した。100万以上のQ値を持つ光ナノ共振器をフォトリソグラフィー法で作製したのは「世界初」(同)としている。

*)大阪府立大学工学研究科の高橋和准教授、産業技術総合研究所電子光技術研究部門の森雅彦研究部門長、岡野誠研究員で構成

シリコンラマンレーザーや光メモリに必要

 光ナノ共振器は、シリコンフォトニック結晶を用いて数百ナノメートル程度の小さな領域に光を閉じ込める共振器だ。100万を超える極めて高いQ値により、微小領域に光を強く閉じ込めることができる。

 この100万以上のQ値を持つ光ナノ共振器を使うことで、1μW程度のしきい値でレーザー発振する超低消費電力のシリコンラマンレーザーや、光メモリ、医療向けなどの新規センサーを実現できる。ただ、従来、100万以上のQ値を持つ光ナノ共振器は、電子線リソグラフィー法を用いた作製しかできず、産業界で実用化するには、大量生産に向く作製法の確立が必要だった。

 一般的に、光ナノ共振器は、直径200nm程度の非常に小さな空気孔を周期的に配列した構造であり、高い精度のリソグラフィー技術が要求され、リソグラフィー法の中でも高い精度を誇る電子線リソグラフィーを用いた場合でも作製は「容易ではなかった」(産総研)とする。

tt160317AIST001.png 図1:光ナノ共振器作製におけるフォトリソグラフィー法(右)と電子線リソグラフィー法の比較 出典:産業技術総合研究所

100万倍の生産性を実現

 これに対し大阪府立大、産総研の研究グループが用いたフォトリソグラフィー法は、半導体製造でも用いられる技術で電子線リソグラフィー法よりも100万倍の生産性を有する。一方で、電子線リソグラフィー法よりも精度が劣るため、高Qの光ナノ共振器を作製することは困難とされてきた。

 そうした中で、これまで電子線リソグラフィー法を用いた光ナノ共振器研究を進めてきた大阪府立大研究グループと、フォトリソグラフィー法と半導体製造プロセスを用いたシリコンフォトニクス研究を進めてきた産総研研究グループが連携。両グループの知識、技術を持ち寄ることで、フォトリソグラフィー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を考案した。

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