希土類添加半導体を基盤とした光ナノ共振器の作製と発光特性の評価

本研究の目的は「電流注入による希土類発光準位を介する誘導放出」を用いた波長超安定新規半導体レーザの実現に向けて、未だ着手されていない「希土類添加半導体」と「フォトニック結晶」の組み合わせを取り上げ、フォトニック結晶により形成された高フォトン場に置かれた希土類イオンの光学的振る舞いを明らかにすることにある。具体的には、Er原子局所構造がEr-20配置に秩序制御され、世界最高のEr発光輝度を示すEr,O共添加GaAs(GaAs: Er, O)と、世界最高の閉じ込め効果を有するフォトニック結晶からなる光ナノ共振器を作製し、Erイオンからの誘導放出実現可能性を検証することに当面の目標を設定する。1.フォトニック結晶内で15μmでのEr-20発光を操るために、半絶縁性GaAs基板上にGaAsバッファー層、Ga_<0.48>In_<0.52>P層、無添加GaAs層、GaAs: Er, O層、無添加GaAs層からなる多層ヘテロ構造を有機金属気相エピタキシャル法により作製した。また、Er原料をEr(i-PrCp)_3に変更することにより、十分なEr-20発光強度を示すGaAs: Er, O層を得ることに成功した。2. GaAs: Er, OにおいてVariable Stripe Length(VSL)法を用いて光励起下での光学利得を求めた。低温域で観測された光学利得はSiO_2中のErに比べて、4桁程度大きな値であった。また、その温度依存性を調べたところ、低温域でほぼ一定の値を示したが、150Kを超える温度領域では測定温度の増加とともに減少した。その振る舞いはEr発光強度の測定温度依存性と強い相関を示しており、励起状態にあるEr濃度を反映するものと考えられる。また、観測される光学利得はEr濃度の高い試料において、大きな値が得られた。

本研究の目的は「電流注入による希土類発光準位を介する誘導放出」を用いた波長超安定新規半導体レーザの実現に向けて、未だ着手されていない「希土類添加半導体」と「フォトニック結晶」の組み合わせを取り上げ、フォトニック結晶により形成された高フォトン場に置かれた希土類イオンの光学的振る舞いを明らかにすることにある。具体的には、Er原子局所構造がEr-20配置に秩序制御され、世界最高のEr発光輝度を示すEr,O共添加GaAs(GaAs: Er, O)と、世界最高の閉じ込め効果を有するフォトニック結晶からなる光ナノ共振器を作製し、Erイオンからの誘導放出実現可能性を検証することに当面の目標を設定する。1.フォトニック結晶内で15μmでのEr-20発光を操るために、半絶縁性GaAs基板上にGaAsバッファー層、Ga_<0.48>In_<0.52>P層、無添加GaAs層、GaAs: Er, O層、無添加GaAs層からなる多層ヘテロ構造を有機金属気相エピタキシャル法により作製した。また、Er原料をEr(i-PrCp)_3に変更することにより、十分なEr-20発光強度を示すGaAs: Er, O層を得ることに成功した。2. GaAs: Er, OにおいてVariable Stripe Length(VSL)法を用いて光励起下での光学利得を求めた。低温域で観測された光学利得はSiO_2中のErに比べて、4桁程度大きな値であった。また、その温度依存性を調べたところ、低温域でほぼ一定の値を示したが、150Kを超える温度領域では測定温度の増加とともに減少した。その振る舞いはEr発光強度の測定温度依存性と強い相関を示しており、励起状態にあるEr濃度を反映するものと考えられる。また、観測される光学利得はEr濃度の高い試料において、大きな値が得られた。