フォトニック結晶レーザの高出力単一縦横モード動作実現に関する研究

实现光子晶体激光器高功率单纵横模工作的研究

• 批准号: 14J02172
• 负责人: 西本 昌哉
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02172/
• 关键词: フォトニック結晶; 半導体レーザ; 分子線エピタキシー; 半導体結晶成長

活性層の近傍に2次元的に周期的な屈折率分布を配置したフォトニック結晶面発光レーザ(PC-SELs)は、単一モードでの高出力動作のみならず、偏光およびビームパターンの制御、ビーム出射方向制御といった様々な機能の実現を可能とする、新しい半導体レーザとして注目を集めている。最近の数値解析により、ビーム形状、偏光特性、出射効率などのレーザ諸特性は、空孔の立体形状によって最適化し得ることが予見されているが、従来の作製手法であるウエハ融着法や有機金属気相成長法（MOCVD法）による埋め込みにおいては、空孔形状の3次元制御は実現困難であった。それに対して、我々は前年度までに分子線エピタキシー法（MBE法）を用いた作製法を提案し、分子線の照射方向を調整することによって、フォトニック結晶構造埋め込み後の空孔立体形状を制御し得ることを示した。また、本手法を用いて作製したPC-SELsの単一モード発振に成功するとともに、空孔立体形状を制御した結果、出射されるビームの偏光や強度分布が変化することを示した。しかしながら、MBEを用いた作製法の最適化に至っているとは言えず、特に電流-電圧特性の立ち上がり電圧が従来手法で作製したものよりも高いといったことが明らかになっている。そこで、分子線エピタキシー法を用いた作製法の最適化に向けて、原子状水素による成長前の表面処理について検討した。その結果、原子状水素を成長前に基板に照射することによって表面状態を改善し、転位の発生をかなり抑制できることが明らかになった。また、上記のMBEに関する検討と並行して、フォトニック結晶の空孔立体形状がデバイス特性に与える影響、特に出射されるビームの偏光に着目して検討を進めた結果、空孔を適切な螺旋形状にすることによって、PC-SELsから円偏光を直接生成しうることが明らかとなった。

Active layer の nearly alongside に 2 dimensional に cycle な を inflectional rate distribution configuration し た フ ォ ト ニ ッ ク crystal surface 発 light レ ー ザ (PC - SELs) は, 単 モ ー ド で の higher force action の み な ら ず, polarized お よ び ビ ー ム パ タ ー ン の suppression, ビ ー ム emergent direction suppression と い っ た others 々 の な function may be presently を と す る, new し い レ semiconductor Youdaoplaceholder0 ザと て focus on the を set めて る る る. Recently の the numerical analytical に よ り, ビ ー ム shape, polarization characteristics, emergent sharper rate な ど の レ ー ザ various features は, empty hole の stereo shape に よ っ て optimization し must る こ と が to see さ れ て い る が, 従 の cropping technique で あ る ウ エ ハ や combines the method of organic metal 気 each other n (MOCVD) に よ る buried め 込 み に お い て は, empty hole shape の 3 times The implementation of the Yuan system is difficult であった. そ れ に し seaborne て, I 々 は before annual ま で に molecular line エ ピ タ キ シ ー method (MBE) を い た proposed method for を し の irradiation direction, molecular を adjustment す る こ と に よ っ て, フ ォ ト ニ ッ ク crystal structure buried め 込 み の empty hole after the three-dimensional shape を suppression し have る こ と を shown し た. ま た, this technique を い て cropping し た PC - SELs の 単 a モ ー ド 発 vibration に successful す る と と も に stereo shape, empty hole を suppression し た results, emergent さ れ る ビ ー ム の polarization や が intensity distribution variations change す る こ と を shown し た. し か し な が ら, MBE を with い た method for optimal の に to っ て い る と は said え ず, に current - electric 圧 characteristic の stand on ち が り electric 圧 が 従 to technique で cropping し た も の よ り も high い と い っ た こ と が Ming ら か に な っ て い る. そ こ で, molecular line エ ピ タ キ シ を ー method with い た method for optimal の に to け て, atomistic water element に よ る growth before の surface 処 Richard に つ い て beg し 検 た. そ の results, atomistic water before に substrate を growth に irradiation す る こ と に よ っ て surface state を し, planning a の 発 raw を か な り inhibit で き る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, written の MBE に masato す る beg と 検 parallel し て, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の empty hole stereo shape が デ バ イ ス characteristics に and え る influence, に emergent さ れ る ビ ー ム の polarization に with mesh し て beg を 検 into め た results, empty hole を appropriate な spiral shape に す る こ と に よ っ て, PC - SELs か ら has drifted back towards ¥ polarized を directly generate し う る こ と が Ming ら となった となった.

项目成果

The Influence of Three-Dimensional Air-Hole Shapes on Characteristics of Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers

三维气孔形状对光子晶体面发射激光器特性的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: Masaya Nishimoto;Kyohei Maekawa;Kenji Ishizaki;Kyoko Kitamura and Susumu Noda
• 通讯作者: Kyoko Kitamura and Susumu Noda

フォトニック結晶レーザにおける3次元空孔形状の影響の検討

三维孔形状对光子晶体激光器影响的研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 北村恭子;野田進;李潤植，北村恭子，浅野卓，石崎賢司，野田進;梁永，北川均，ジョンゲレタ，石崎賢司，北村恭子，野田進;西本昌哉，石崎賢司，前川享平，梁永，北村恭子，野田進
• 通讯作者: 西本昌哉，石崎賢司，前川享平，梁永，北村恭子，野田進

Development of MBE Air-Hole Retained Growth Technique for Fabrication of Photonic-Crystal Lasers

用于光子晶体激光器制造的 MBE 气孔保留生长技术的发展

• 发表时间: 2015
• 作者: Masaya Nishimoto;Kyohei Maekawa;Kenji Ishizaki;Kyoko Kitamura;and Susumu Noda
• 通讯作者: and Susumu Noda

MBE空孔埋め込み法における原子状水素表面処理に関する検討

MBE空位填充法中原子氢表面处理的研究

• 发表时间: 2015
• 作者: 西本昌哉;前川享平;石崎賢司;北村恭子;野田進
• 通讯作者: 野田進

円偏光ビームを出射するフォトニック結晶レーザ構造の検討Ⅱ―斜めエッチング法を用いた新構造の提案―

发射圆偏振光束的光子晶体激光器结构的研究II - 使用对角蚀刻方法的新结构的提案 -

• 发表时间: 2015
• 作者: 西本昌哉;前川享平;石崎賢司;北村恭子;野田進;前川享平，西本昌哉，石崎賢司，北村恭子，野田進
• 通讯作者: 前川享平，西本昌哉，石崎賢司，北村恭子，野田進