エルビウム添加強誘電体薄膜の作製と圧電効果を用いた発光制御

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本研究は、導波路材料かつ圧電体であるLiNbO_3(LN)薄膜にエルビウムErを添加して、動的でマクロな応力印加あるいはミクロな非対称強誘電的歪み印加により、そのフォトルミネッセンス(PL)発光を電気的に制御し、光電子デバイス応用しようというものである。試料の作製はレーザアブレーション法により行い、ErドーピングしたLN薄膜をサファイア基板上でエピタキシャル成長させ、それに平面型の電極を形成し、±700Vの電圧印加を行った。その発光特性はアルゴンレーザ488nmで励起して発光したPL光を、ロックイン増幅して検出した。その結果、以下のことが明らかになった。直流的な電界が印加された状態でもPLスペクトルの形状に大きな違いは見られないが、電界印加を行った方がややスペクトル強度が増加することが確認された。また印加電圧をon-offするなど動的な電圧印加に応じてPL強度が増減しているのが確認できた。またそのPL強度の変化はあまり印加電界の極性に依存せず、電界強度にのみ依存していることがわかった。次に試料に方形波、あるいは正弦波の交流電圧を印加し、試料に印加した交流電界と同じ周波数の信号をPL信号の中からロックイン増幅して取り出した。その結果、PL発光の電界変調スペクトルを測定することに成功した。このスペクトルはレーザ強度変調スペクトルとほぼ同形であった。しかし、印加電界周波数の上昇に伴い、スペクトル強度の急激な減少が生じ、電界の変化に対するPL強度変化の応答が非常に遅いことがわかった。