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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

基本信息

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

项目摘要

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.

A new conceptual structure for the periodic generation and control of multiple optical wavelength components, especially for semiconductor 2-D structures, is proposed, which enables the interaction of optical and electronic waves, provides high design freedom, and is expected to develop ultra-high efficiency light emitting elements. In this paper, we study the state density of light in the same structure, the optical density coefficient of semiconductor, the emission coefficient of semiconductor, and the calculation of the electromagnetic field vibration in the near future. The diameter below 0.3 mm and the height above 1 mm are higher than those of the ultra-fine pillars. The arrangement of the ultra-fine pillars in the vertical direction of the substrate is different from that in the vertical direction of the substrate. The light intensity of the semiconductor layer at the lower end is higher than that in the vertical direction of the substrate. The problem of surface recombination is discussed in detail in GaInAsP/InP semiconductor. The effect of surface recombination is considered in theory. Second, the electron column drawing method and the system inverse property drawing method are used to grasp the fabrication conditions of the structure, and the optimal design of the column structure is possible to form. In addition, it is confirmed that the method is effective when the light emitting layer of the distorted quantum well is processed and the light emitting intensity of the column with diameter of 0.3 mm is 10 mm. The dependence of partial wave on horizontal partial wave of substrate is confirmed in practice. The above research results show that the concept of physics is different from that of physics.