新しい時間-空間分解レーザー分光法の開発とフォトニクス材料への応用

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今年度は主に米国カリフォルニア工科大学において、(1)InGaN/GaN半導体のナノ微細加工プロセスとそれを用いた新規光デバイスのデザイン・開発(2)近接場光学顕微鏡を用いたナノ構造光デバイスの評価と新規分光学的手法の開発の2点において研究を行った。(1)においては、電子線描画、ドライエッチングの手法を駆使して、これまでナノ微細加工が困難であったGaN系半導体において〜100nmスケールの加工精度を達成することができた。それを用いた量子ドット、フォトニック結晶、マイクロキャビティー、ナノ加工によってエンハンスされるLED, LD構造等のデザイン・試作を現在進行中である。(2)においては、いくつかの成果が得られた。InGaAs系の量子井戸を用いたフォトニックバンドギャップ構造による高効率(High-Q)ナノキャビティーにおいて、近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いることにより、ナノサイズのフォトニック結晶の短欠陥構造に強く束縛された光のモードの超高分解イメージングに始めて成功した。さらに様々な構造のフォトニック結晶構造において、導波路モードや空気バンドモードの光イメージを得ることにも成功した。InGaN系量子井戸構造においては、時間分解SNOMによる時間-空間同時計測に成功した。また、変調されたポンプ光と連続光のプローブ光の2つのビームを同軸で光ファイバーにカップルさせて近接場測定することにより、これまで観測困難だったキャリアダイナミクス、熱ダイナミクスをナノスケールの分解能で観測可能な近接場過渡レンズ分光法を開発した。これらを用いて、InGaN/GaNにおける発光ダイナミクス、キャリアダイナミクス、および熱ダイナミクスのナノスケールにおける不均性を観測し、In組成や量子井戸幅の不均一性との関連を考察した。それにより(1)にフィードバックさせるための指針が得られた。