【研究領域課題番号】21H01398 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

相変化材料 / 光スイッチ / 光導波路 / シリコンフォトニクス / 省電力光ネットワーク / 光通信

【研究成果の概要】

シリコン光導波路にGST（GexSbyTez）、GSST（Ge2Sb2Se5-xTex）を積層した場合の複素屈折率変化に伴う伝搬光の位相変化をシミュレーションにより明らかにした。各々の結晶状態及びアモルファス状態における複素屈折率を、7.27+1.27i、4.33+0.129i、5.35+0.366i、3.19+0.0012iとする。シリコン細線導波路の場合、厚さ20 nm、長さ500 nmのGST薄膜は、結晶状態の損失4 dB、アモルファス状態の損失0.3 dBで180°の位相変化が得られる。一方、厚さ20 nm、長さ5000 nmのGSST薄膜は、結晶状態の損失4 dB、アモルファス状態の損失0.15 dBで180°の位相変化が得られる。シリコンリブ導波路の場合、厚さ20 nm、長さ500 nmのGST薄膜は、結晶状態の損失10 dB、アモルファス状態の損失0.6 dBで180°の位相変化が得られる。一方、厚さ25 nm、長さ5000 nmのGSST薄膜は、結晶状態の損失8 dB、アモルファス状態の損失0.35 dBで180°の位相変化が得られる。シリコンリブ導波路構造及び細線導波路において、シリコンフォトニクスプロセスで利用するTiN加熱ヒータを近傍に配置した場合の昇温特性をシミュレーションにより明らかにした。5.0 x 50 μmのヒータを２本平行に導波路から水平方向に1 μm離して配置し、7.3V、27mAの電流を注入して、0.2 Wの熱を生じさせる。いずれも40-50 μsで1100 K以上に昇温する。この温度は、結晶→アモルファス相転移に必要な融点よりも高いので、スイッチが動作する条件を一部満たしている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】18H01501 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光スイッチ / 光導波路 / 相変化材料 / 光回路 / 光三端子素子 / マッハツェンダー干渉計 / 方向性結合器 / 複素屈折率 / 結晶化温度 / 光ネットワーク / 光通信

【研究成果の概要】

相変化光スイッチに用いるGeSbTe合金にSeを添加して、波長1500 nmにおける吸収を低減し、光スイッチを低損失化できることを明らかにした。Seを添加したGeSbTe薄膜の複素屈折率（アモルファス状態、結晶状態）評価により、相変化光スイッチの性能指数も向上することも明らかにした。相変化材料を用いたマッハツェンダー型および方向性結合型の光三端子スイッチの最適化設計を行い、従来の設計に比較して良好な特性を示すことを明らかにした。

【研究の社会的意義】

相変化材料を用いた光スイッチの研究は、研究代表者のグループが世界に先駆けて開始し、先導的な立場にある。相変化材料は相変化に伴う屈折率変化が大きいため、超小型の光スイッチが構成可能であり、多数の光スイッチをシリコン基板上に集積可能である。相変化光スイッチの性能を向上させ、相変化光スイッチを光ネットワークノードにおける光信号のスイッチングに利用することによって、光ネットワークの省電力化、高性能化が期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】20360162 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光導波路 / 平面光回路 / 光信号処理 / フォトニックネットワーク / 光通信 / 光道波路 / 相変化材料 / 導波路型回折格子 / 光スイッチ / スペクトル制御回路 / 分散補償回路 / 導波路回折格子 / 導波路 / アレイ導波路回析格子 / 時空間変換 / パルスシンセサイザ

【研究成果の概要】

DVD等に利用される相変化材料を用いて、メモリ性があり高速動作可能な光スイッチを提案し、光ゲートスイッチを試作した。スイッチの寸法は5ミクロンであり、100ナノ秒以下でスイッチングすることを実証した。可変分散補償回路を設計、試作して約50kmの光ファイバの分散を補償し、劣化した波形を再生することに成功した。任意の光スペクトル制御が可能な光回路を提案し、試作した。光変調信号の操作に適した凹凸のない透過特性を得ることが出来た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)