半導体量子ドットを用いたフォトリフラクティブ素子の研究

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本研究は半導体量子ドットを利用することで、高機能フォトリフラクティブ素子の実現を目指すものである。量子ドットでは強い空間閉じ込め効果の結果、大きな電気光学効果・フォトリフラクティブ効果が期待できる。しかしながら、サイズおよび密度が小さいため、量子井戸材料と比べると、光との相互作用長が短く、全体としての効果増強が難しい。デバイスサイズ(厚み、長さなど)を大きくする方法は考えられるが、印加電圧を大きくする必要があるなど良策ではない。本研究では、この問題を解消するため、フォトニック結晶の導入を検討した。フォトニック結晶は波長オーダーの屈折率周期構造をもつ人工材料であり、光に対するバンド構造、バンドギャップが存在する。このフォトニックバンドの端では群速度が0に近づき、実効的な相互作用長を格段に長くすることができる。素子設計には、量子ドットが埋め込まれフォトニック結晶の解析手法が不可欠である。本研究では、有限差分時間領域法を基本とし、吸収やゲイン、共鳴遷移の均一および不均一広がりやドットの空間分布など量子ドット系特有の効果をすべて取り込むことのできる解析法をはじめて確立した。また、素子の基本となる量子ドットの埋め込まれたフォトニック結晶の作製技術も確立した。量子ドットの発光がフォトニック結晶中の点欠陥共振波長(数値計算から予測)で増強されることから、作成した構造がフォトニック結晶として機能していることを確認した。