【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.27】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22IT0034
利用課題名 / Title
マスクレス露光による磁気光学導波路製作
利用した実施機関 / Support Institute
東京工業大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
光非相反素子, 磁気光学導波路，リソグラフィ・露光・描画装置
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
横井 秀樹
所属名 / Affiliation
芝浦工業大学 工学部 電子工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
田巻優輝
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
IT-003：マスクレス露光装置
IT-007：走査型電子顕微鏡
IT-015：SiO2プラズマCVD 装置
IT-027：ダイシングソー及びダイシング補助装置
IT-031：磁気光学効果評価装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
光通信システムにおいて、非相反な特性を有する光アイソレータは、半導体レーザの発振安定のために必要不可欠な素子である。非相反移相効果を利用して実現される非相反な導波モード－放射モード変換を利用した光アイソレータは、一偏波のみで動作するだけでなく、素子構造が簡単であり、磁化の制御も容易であるという特徴を有する。磁気光学導波路の導波層に高屈折率材料を用いることにより、大きな非相反移相効果が得られる。超音速フリージェットPVD法を用いたSi層を導波層とする磁気光学導波路の製作を目指し、東京工業大学量子ナノエレクトロニクス研究センターのプラズマCVD装置、マスクレス露光装置などを利用して、磁性ガーネットクラッド層を成膜するための試料を製作した。
実験 / Experimental
Fig.1に磁気光学導波路の製作プロセスを示す。SOI（Silicon On Insulator）基板上にプラズマCVD装置によりSiO2を成膜し、マスクレス露光装置を用いて導波路パターンを描画し、露光された領域のSiO2をエッチングにより除去した。その後、超音速フリージェットPVD法により磁性ガーネット薄膜を成膜することにより、SiO2が除去された領域のみSi上に磁性ガーネットが成膜されることで磁気光学導波路が実現する。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.2に、マスクレス露光後にSiO2を除去した状態を光学顕微鏡で観察した結果を示す。超音速フリージェットPVD法により磁性ガーネット薄膜を成膜して得られた三次元構造の磁気光学導波路に対して、光ファイバを介して近赤外光を入射したところ、近視野像が確認できた。
プラズマCVD装置とマスクレス露光装置を利用することで、Si層上の一部にSiO2膜が装荷された状態の試料を製作できた。得られた試料に対して成膜された磁性ガーネットの損失が大きいと思われるため、今後は磁性ガーネット膜の損失低減について検討する必要がある。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 Magneto-optic waveguides with Si guiding
layer fabricated by supersonic free-jet PVD.
Fig.2 Optical waveguides fabricated by plasma
CVD and maskless lithography.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
科学研究費補助金 基盤研究(C) 課題番号20K05365 共同研究者 湯本敦史（芝浦工業大学工学部材料工学科）
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- ・“超音速フリージェットPVD法による磁気光学導波路の製作に関する研究” 田巻優輝, 芝浦工業大学, 2022, 32ページ, 卒業論文 （和文）
- ・T. Michino, A. Yumoto, and H. Yokoi, “Magneto-optic waveguides with Si guiding layer fabricated by supersonic free-jet PVD”: Advances of Functional Materials Conference, P2-8, January 2023.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件