フォトニックバンど構造における量子化された光波・電子波間の相互作用の検証

验证光子能带结构中量子化光波和电子波之间的相互作用

• 批准号: 07227208
• 负责人: 馬場 俊彦
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07227208/
• 关键词: フィトニックバンド; フォトニック結晶; 極微共振器; マイクロキャビティ; 無しきい値レーザ; GaInAsP; InP; 表面再結合; 反応性イオンビームエッチング

フォトニックバント構造は光学波長オーダーの多次元的な周期性によって光の発生,伝搬を制御する新しい概念構造であり,特に半導体2次元構造は,効果的な光波・電子波の相互作用,高い設計自由度,比較的単純な製作プロセスといった特徴から超高効率発光素子への発展が期待されている.本研究では,同構造中の光の状態密度,半導体への光閉じ込め係数,放射パターンをフォトニックバンド計算より求め,バンドギャップ付近での電磁界の振る舞いや実験で観測される現象を予測した.そして0.3ミクロン以下の直径と1ミクロン以上の高さをもつ高アスペクト比超微細円柱の配列によって基板垂直方向偏波に対するバンドギャップが得られること,バンド下端で半導体へ効果的に光が局在化し,状態密度が高まること,光が半導体方向へ放射されること,等を明らかにした.また実験においては加工ダメ-ジや表面再結合の問題が小さいGaInAsP/InP半導体を上記の円柱構造に加工することを検討した,まず表面再結合の影響を考慮した円柱の発光効率を理論的に調べた結果,この材料と構造の組み合わせで1マイクロアンペアの微弱電流注入でも十分な効率が見込めることを確認した.次に電子ビーム描画法とメタン系反応性イオンビームエッチング法を併用した構造の製作条件を把握し,最適設計される円柱構造が形成可能な見通しを得た.さらに歪量子井戸発光層を含むウエハにこの加工を施したところ,直径0.3ミクロンの円柱において十分な発光強度と広がりの少ない発光スペクトルが確認され,本方法の有効性が確認された.さらに基板水平方向偏波の2次バンドギャップ条件で製作した構造の発光スペクトルを観測したところ,バンド計算で予測される偏波依存性が実際に確認された.以上の研究によりこれまで物理学の分野で概念的に語られてきたフォトニックバンド構造の実現の見通しが得られたものと考える.

フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ト tectonic は optical wavelength オ ー ダ ー の multidimensional periodic に な よ っ て light の 発, 伝 move を suppression す る new し い concept structure で あ り, は に semiconductor 2 dimensional structure, unseen fruited な light, electron wave の interaction, high い design degrees of freedom, compare 単 pure な production プ ロ セ ス と い っ た, 徴 か ら ultra-high working rate 発 optical element Youdaoplaceholder0 へ exhibition が looking forward to されて る る. In this study で は, syntectonic の の light density, semiconductor へ の light closed じ 込 め coefficient, radiation パ タ ー ン を フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド computing よ り め, バ ン ド ギ ャ ッ プ paying nearly で の electromagnetic field vibration の る dance い や be 験 で 観 measuring さ れ を る phenomenon can be し た. そ し て 0.3 ミ ク ロ ン the following の と diameter 1 ミ ク ロ ン high above の さ を も つ high ア ス ペ ク ト than ultra micro column has drifted back towards ¥ の match column に よ っ て substrate vertical partial wave に す seaborne る バ ン ド ギ ャ ッ プ が have ら れ る こ と, バ ン ド bottom で semiconductor へ unseen fruit に light が bureau in し, high density of state が ま る こ と, light emitting direction が semiconductor へ さ れ る こ と, such as を Ming ら か に し た. ま た be 験 に お い て は processing ダ メ - ジ や surface Combining の problem が small さ い GaInAsP/InP semiconductor を written の has drifted back towards ¥ column structure に processing す る こ と を beg し 検 た, ま ず surface recombination の influence を consider し た column has drifted back towards ¥ の 発 sharper rate に を theory light tones べ た results, こ の materials と tectonic の group み わ せ で 1 マ イ ク ロ ア ン ペ ア の weak current injection で も very な sharper rate が see 込 め る Youdaoplaceholder0 とを confirm that た. に electronic ビ ー ム described method と メ タ ン system against 応 sex イ オ ン ビ ー ム エ ッ チ ン を グ method using し た tectonic を grasp し の production conditions, the optimum design of さ れ る が has drifted back towards ¥ column structure formation may な see tong し を た. さ ら に slanting quantum well opens 発 light layer contains を む ウ エ ハ に こ の processing を shi し た と こ ろ, diameter 0.3 ミ ク ロ ン の has drifted back towards ¥ column に お い て な very much Less 発 light intensity と hiroo が り の な い 発 light ス ペ ク ト ル が confirm さ れ, this method is の have sharper sex が confirm さ れ た. さ ら に substrate horizontally two partial wave の バ ン ド ギ ャ ッ で プ conditions make し た tectonic の 発 light ス ペ ク ト ル を 観 measuring し た と こ ろ, バ ン ド computing で to さ れ る partial wave dependency が be interstate に confirm さ れ た. Above の research に よ り こ れ ま で に language of the concept of physics の eset で ら れ て き た フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド tectonic の be の now see tong し が must ら れ た も の と exam え る.

项目成果

T.Baba and I.Matsuzaki(分担): "Quantum optics in wavelength scale structures" NATO Book, (1996)

T.Baba 和 I.Matsuzaki（合伙人）：“波长尺度结构中的量子光学”NATO Book，（1996 年）

T.Baba and T.Matsuzaki: "Fabrication and photoluminescence studies of GaInAsP/InP 2D photonic crystals" Japanese Journal of Applied Physics. 35. (1996)

T.Baba 和 T.Matsuzaki：“GaInAsP/InP 2D 光子晶体的制造和光致发光研究”日本应用物理学杂志。

T.Baba and T.Matsuzaki: "Theoretical calculation of photonic gap in semiconductor 2D photonic band structures" Japanese Journal of Applied Physics. 34. 4496-4498 (1995)

T.Baba 和 T.Matsuzaki：“半导体二维光子能带结构中光子能隙的理论计算”日本应用物理学杂志。

T.Baba and T.Matsuzaki: "Gradient-index photonic crystals for the control of photonic band diagrams" Proc. Micrcoptic Conference. 5. 18-21 (1995)

T.Baba 和 T.Matsuzaki：“用于控制光子带图的梯度折射率光子晶体”Proc。

T.Baba and K.Iga(分担): "Spontanecus evnission and laser operation in microcavities" CRC Press, 374 (1995)

T.Baba 和 K.Iga（合伙人）：“Spontanecus enission 和微腔激光操作”CRC Press，374 (1995)