周期分極反転した酸化亜鉛による励起子共鳴非線形波長変換

酸素プラズマ援用分子線エピタキシ法を用いて周期分極反転(PPI)酸化亜鉛(ZnO)薄膜の作製を行い、紫外からテラヘルツ領域の疑似位相整合(QPM)波長変換素子への応用の可能性を確認した。サファイア(0001)基板上に直接成長したZn0は0極性の(000-1)面となるが、厚さ3nm以上の岩塩構造MgO(111)バッファ層を挟んで成長したZn0はZn極性の(0001)面となる。これを利用して、サファイア上にMgO(111)バッファ層を成長したあと、フォトリソグラフィーを用いて周期的にMgOバッファ層をエッチングし、MgOバッファ層の有無によるストライプ状の周期構造を持つ基板を作製した後、ZnO薄膜を成長することでZnOの1次元PPI構造を得ることが出来た。これまでに紫外からテラヘルツ領域のQPMに対応できる分極反転周期580nmから60μmにわたってPPI構造を作製することに成功している。これらの分極ドメイン構造は2インチc面サファイア基板上に均質に作製された。チタンサファイアレーザー(波長790nm)を基本波とした第二高調波発生(SHG)実験を行った。試料に対して斜めに基本波を入射させ、光の感じる実効的な極性反転周期を変化させた結果、QPM条件の計算値と良く一致する極性反転周期でSHGの増強が確認された。さらに、ZnOの極性反転を引き起こすバッファ層の物質探索を行い、サファイア(0001)基板上の岩塩構造CrN(111)バッファ層上ではZn極性ZnOが成長し、CrNバッファ層を酸化させ得られたコランダム構造Cr203(0001)層上では0極性ZnOが成長することを見いだした。これを利用して、1次元PPI構造を作製したほか、レーザー干渉リソグラフィーを利用して2次元PPI構造も作製できた。この技術により2次元非線形フォトニック結晶の作製が可能になった。

酸素プラズマ援用分子線エピタキシ法を用いて周期分極反転(PPI)酸化亜鉛(ZnO)薄膜の作製を行い、紫外からテラヘルツ領域の疑似位相整合(QPM)波長変換素子への応用の可能性を確認した。サファイア(0001)基板上に直接成長したZn0は0極性の(000-1)面となるが、厚さ3nm以上の岩塩構造MgO(111)バッファ層を挟んで成長したZn0はZn極性の(0001)面となる。これを利用して、サファイア上にMgO(111)バッファ層を成長したあと、フォトリソグラフィーを用いて周期的にMgOバッファ層をエッチングし、MgOバッファ層の有無によるストライプ状の周期構造を持つ基板を作製した後、ZnO薄膜を成長することでZnOの1次元PPI構造を得ることが出来た。これまでに紫外からテラヘルツ領域のQPMに対応できる分極反転周期580nmから60μmにわたってPPI構造を作製することに成功している。これらの分極ドメイン構造は2インチc面サファイア基板上に均質に作製された。チタンサファイアレーザー(波長790nm)を基本波とした第二高調波発生(SHG)実験を行った。試料に対して斜めに基本波を入射させ、光の感じる実効的な極性反転周期を変化させた結果、QPM条件の計算値と良く一致する極性反転周期でSHGの増強が確認された。さらに、ZnOの極性反転を引き起こすバッファ層の物質探索を行い、サファイア(0001)基板上の岩塩構造CrN(111)バッファ層上ではZn極性ZnOが成長し、CrNバッファ層を酸化させ得られたコランダム構造Cr203(0001)層上では0極性ZnOが成長することを見いだした。これを利用して、1次元PPI構造を作製したほか、レーザー干渉リソグラフィーを利用して2次元PPI構造も作製できた。この技術により2次元非線形フォトニック結晶の作製が可能になった。