Fabrication and Lasing Operation of Semiconductor Two-Dimensional Photonic Crystals

半导体二维光子晶体的制备和激光操作

基本信息

  • 批准号:
    10210203
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

High performance and large scale integration required for next era photonic networks are difficult to realize within the present technology. Photonic crystals (PCs) allow the extremely strong optical confinement by their multi-dimensional periodic structures, ultrahigh speed and efficient light emission, and large scale integration by the high density optical wiring. In this study, we investigated semiconductor two-dimensional (2D) PC lasers and related technologies. 2D PCs with an in-plane periodicity has a less effective light control, but enables the easier fabrication, compared with 3D PCs. The introduction of a point defectprovides the in-plane resonance, which results in the Purcell effect and the thresholdless lasing operation. The introduction of a line defect provides a small optical waveguide with sharp bends, which can be used for high density optical wiring. However, at the first stage of the PC research, the structure needed a high aspect ratio process of semiconductors and a low surface recombination velocity material. This restricted applications of PCs. In our early study, we employed InP-based materials with a slow surface recombination velocity, and fabricated the 2D crystal exhibiting a characteristic spontaneous emission. In addition, we achieved a world smallest laser by a similar microstructure in this material. Based on these results, we realized simple structures and processes of the 2D PC and obtained the room temperature lasing operation in this study. In addition, we studied some related technologies, i.e., a high extraction efficiency LEDs, line defect photonic crystal waveguides, superprism filter and optical deflector based on peculiar dispersion characteristics, third order nonlinear photonic crystals and high efficiency input/output interfaces.
下一代光子网络所需的高性能和大规模集成在现有技术中难以实现。光子晶体具有多维周期性结构、高速高效的光发射和高密度的光布线等优点,可实现大规模集成。在这项研究中,我们研究了半导体二维(2D)PC激光器和相关技术。与3D PC相比,具有面内周期性的2D PC具有不太有效的光控制,但能够更容易地制造。点缺陷的引入提供了面内谐振,这导致了珀塞尔效应和无阈值激光操作。线缺陷的引入提供了具有尖锐弯曲的小型光波导,其可用于高密度光布线。然而,在PC研究的第一阶段,该结构需要高纵横比的半导体工艺和低表面复合速度的材料。这限制了PC的应用。在我们早期的研究中,我们采用了InP基材料,具有缓慢的表面复合速度,并制作了二维晶体表现出特征的自发辐射。此外,我们通过在这种材料中类似的微观结构实现了世界上最小的激光器。基于这些结果,我们实现了简单的结构和工艺的二维光子晶体,并在本研究中获得了室温激光操作。此外,我们还研究了一些相关技术,高提取效率LED、线缺陷光子晶体波导、基于特殊色散特性的超棱镜滤波器和光偏转器、三阶非线性光子晶体和高效率输入/输出接口。

项目成果

期刊论文数量(64)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
馬場俊彦: "フォトニック結晶-新しい光技術"超精密. 11. 47-51 (2001)
Toshihiko Baba:“光子晶体 - 新光学技术”超精密。 11. 47-51 (2001)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M. Ariga, Y. Sekido, and T. Baba: "Low threshold GaInAsP lasers with semiconductor/air DBR fabricated by inductively coupled plasma etching"Jpn. J. Appl. Phys.. 39. 3406-3409 (2000)
M. Ariga、Y. Sekido 和 T. Baba:“通过电感耦合等离子体蚀刻制造的具有半导体/空气 DBR 的低阈值 GaInAsP 激光器”Jpn。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K. Aoki, H. T. Miyazaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, K. Sakoda, N. Shinya and Y. Aoyagi: "Microassembly of semiconductor three-dimensional photonic crystals"Nature Materials. 2. 117-121 (2003)
K. Aoki、H. T. Miyazaki、H. Hirayama、K. Inoshita、T. Baba、K. Sakoda、N. Shinya 和 Y. Aoyagi:“半导体三维光子晶体的微组装”《自然材料》。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Ikeda,T.Baba: "Theoretical analysis of transmission and resonance characteristics in 2D photonic crystals" Proc.Contemporary Photonics Technology. 1. PC03 (1998)
M.Ikeda、T.Baba:“二维光子晶体传输和谐振特性的理论分析”Proc.Contemporary Photonics Technology。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Baba,M.Ikeda,et.al.: "Semiconductor 2D Photonic Crystals" Proc.Electronic Material Symposium. G1 (1998)
T.Baba,M.Ikeda,et.al.:“半导体二维光子晶体”Proc.Electronic Material Symposium。
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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