可視光領域SiCフォトニック結晶とその応用

可见光范围SiC光子晶体及其应用

• 批准号: 08F08384
• 负责人: 野田 進
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08384/
• 关键词: フォトニック結晶; ナノ共振器; 導波路; ワイドバンドギャプ半導体; シリコンカーバイド; ナノ加工技術; プラズマエッチング; SiC; 可視光; 共振器; ワイドバンドギャップ半導体; FDTD法; 電子ビーム描画

近年、自在な光制御の可能性を秘めている光ナノ構造として、フォトニック結晶が世界的に関心を集めている。特にSi、InP、GaAs(バンドギャップ1.1～1.3eV、屈折率n=3.2～3.5)といった半導体材料を用いて光通信波長帯である1,550nmでのフォトニック結晶の研究が盛んに行われている。しかし、このような半導体材料フォトニック結晶は可視領域の光に対しては不透明であるため、バイオセンシングや高機能性ポリマーと融合、単一原子との結合などの可視光線を制御対象とする新たな光デバイスへの応用が困難である。そこで本研究はフォトニック結晶の新たな可能性を開くために、ワイドバンドギャプ半導体材料を用いて可視光領域フォトニック結晶を開発することを目指す。本研究では、ワイドバンドギャップ半導体材料の中でも比較的屈折率の高いシリコンカーバイド(SiC,n=2.5～2.7))という材料に新たに着目した。まず3次元有限差分時間領域法を用いて、SiCフォトニック結晶導波路や共振器の設計を行った。また、可視光フォトニック結晶を作製するためプラズマエッチングガスの組成比(SF6/02)や金属マスク厚みなどの最適化を行い、様々な格子定数(a=150～225nm)をもつSiCフォトニック結晶の作製に成功した。各格子定数をもつSiCフォトニック結晶導波路に可視光を入射して共振器に光を結合させ、共振器からの放射光を観察したところ、格子定数に応じた550～700nmの可視光領域における共振スペクトルが得られた。共振器のQ値はいずれも約600～900で設計どおりの値である。この結果は可視光領域における超小型マルチ分波デバイスを世界で初めて示したものであり、その意義は極めて大きい。今後、可視域における様々な発光体やセンシングなどとフォトニック結晶との融合といったさらなる展開が期待できる。

近年来，光子晶体作为具有自由控制光线的光学纳米结构吸引了全球兴趣。特别地，使用半导体材料（例如Si，INP和GAAS）（Band GAP 1.1至1.3 eV，折射率n = 3.2至3.5）对1,550 nm（1,550 nm）的光子晶体进行了积极进行。但是，由于这种半导体材料光子晶体在可见区域内对光线不透明，因此它们很难应用于控制可见光的新光学设备，例如生物启动，与高功能聚合物的融合，与单个原子的融合，与单个原子等。因此，该研究的目的旨在使用宽带的光子晶体来开发宽带的光子材料，以开放新的可能的光子晶体，以开放新的晶体能力。在这项研究中，我们专注于一种称为碳化硅（SIC，n = 2.5-2.7）的材料，该材料在宽带隙半导体材料中具有相对较高的折射率。首先，使用3D有限差时域法设计了SIC光子晶体波导和谐振器。此外，为了制造可见光光光子晶体，成功制造了血浆蚀刻气体的组成比（SF6/02）和金属遮罩的厚度，并成功制造了具有各种晶格常数（a = 150-225nm）的SIC光子晶体。可见光在每个晶格常数的SIC光子晶体波导上入射，并将光与谐振器耦合，并观察到来自谐振器的辐射，并根据晶格常数获得550至700 nm的可见光区域中的谐振光谱。谐振器的所有Q值约为600-900，并且设计为设计。该结果是世界上第一个显示可见光区域中超紧凑多样化的多层次设备的结果，其意义极为重要。将来，可以期待进一步的发展，例如各种光发射器的融合以及在可见范围内与光子晶体传感。

项目成果

フォトニック結晶ナノ共振器の非線形光学特性-Si vs SiC-(2)

光子晶体纳米腔的非线性光学特性-Si vs SiC-(2)

• 发表时间: 2010
• 作者: 山田翔太;宋奉植;Jeremy Upham;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進

可視領域SiCフォトニック結晶導波路・共振器結合系の開発

可见光区SiC光子晶体波导/谐振器耦合系统的研制

• 发表时间: 2010
• 作者: 山田翔太;宋奉植;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進

SiC-based photonic crystal

SiC基光子晶体

• 发表时间: 2010
• 作者: B.S.Song;S.Yamada;S.Noda
• 通讯作者: S.Noda