CMOSプロセスを用いたフォトニック結晶共振器

従来電気で信号処理していた情報を，光のまま処理することで消費電力を下げようとする試みが始まっています．特にチップ内の配線を光に置き換えることで，システムの低エネルギー化を実現仕様とする，シリコンフォトニクスと呼ばれる研究が盛んです．現在のシリコンフォトニクス研究では光のチップ内伝送に関連する技術開発に力点が置かれていますが，究極的な省エネルギーを実現するために，将来的には信号処理も光が担う可能性があります．そのためには，光を強く閉じ込めることができるフォトニック結晶共振器と呼ばれる素子が必要不可欠とされています．

これを踏まえて本研究ではフォトニック結晶をシリコンフォトニクスの新たな素子として組み込むということを目標としました．この組み込みには2つの難点があったために，今まで実現されてきませんでした．1つ目は作製方法の違いです．シリコンフォトニクスの素子は今後の集積化と，CMOS素子との組み込みを目指して，CMOSプロセスのフォトリソグラフィで作製されることが主流になってきています．それに対し，フォトニック結晶は電子線描画によって作製されます．2つ目は構造の違いです．シリコンフォトニクスの素子はSiO₂(二酸化ケイ素)上に作製されるのが通常ですが，従来のフォトニック結晶では架橋構造を取る必要がありました．したがって，従来素子は同じシリコンチップ上に組み込むことが難しかったのです．

フォトニック結晶はCMOSプロセスの主流であるフォトリソグラフィの精度では作製できないと考えられていましたが，図1(a)に示す幅変化型と呼ばれるデザインを採用することでこの問題を克服しました．実際にL3と呼ばれる共振器では，隣り合う穴同士がくっついてしまい，正確に素子が作製できません．