Top > 生研公開2007 近接場光効果を利用したシリコンフォトニックMEMS変調器

IIS Open House 2007

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近接場光効果を利用した
シリコンフォトニックMEMS変調器
東京大学生産技術研究所 年吉研究室
説明の対象 光MEMS
電気光学効果や非線形光学効果など、ソリッドステート型の光変調は導波路の長さあたりの変調の度合いが非常に小さいため、大きな効果(減衰、位相制御)を掛けるには結局数ミリから数cmの光導波路全長が必要になります。一方、光導波路の表面に漏れだしている近接場光の電界の中に、高屈折率材料を物理的に押し当てて変調を掛ける方式では、わずか数十ミクロンの導波路長さがあれば、深い変調を掛けることが原理的に可能です。ここでは、薄いSOI基板(厚さ0.2ミクロン)の活性層を光導波路(フォトニック結晶光導波路、または、シリコン細線光導波路)に加工して、その上にマイクロメカニカル光変調器をポストプロセスで製作する方法を検討し、MEMS的に光変調可能なことを実証しました。
siliconphotonics.png
右の写真は、フォトニック結晶光導波路をEB(電子ビーム)露光とシリコンドライエッチングによって加工し、その上に、厚さ0.38ミクロンのLPCVDポリシリコン製のカンチレバーを形成したものです。カンチレバーと基板との間に電圧を印加することによりカンチレバーを導波路に接触させ、伝搬する光を減衰させることが出来ます。
phcwg.png
光導波路となる単結晶シリコンは、酸化膜の上に形成されています。また、カンチレバーとなる多結晶シリコンも、比較的厚めのシリコン酸化膜犠牲層の上に堆積されています。よって、フッ酸をつかったシリコン酸化膜の犠牲層エッチングを行うと、導波路の下の酸化膜までダメージを与えてしまいます。こうならないように、光導波路を形成したあとに、全体にシリコン窒化膜の保護膜を形成してからMEMSカンチレバーのポストプロセスを開始します。
photonicsprocess.png
試作した光導波路に波長1.5ミクロンの赤外光を導入し、MEMSカンチレバーの静電駆動により減衰がかかることを実験的に確認しました。カンチレバーの構造(厚み、幅、平坦性)が最適化されていないために変調深さは2dB程度ですが、光導波路への密着性を高めるように構造を改善することで、より深い変調が掛けられると考えられます。また、構造体のバネ定数を下げる工夫をすることで、より低い電圧で駆動可能な変調器を作ることも可能です。
attenuation.png

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Last-modified: Sun, 03 Jun 2012 17:09:53 JST (2001d)