半導体三次元フォトニック結晶における電流注入型ナノ共振器レーザの実現

半导体三维光子晶体电流注入纳米腔激光器的实现

基本信息

批准号：
21K04176
负责人：
高橋駿
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04176/
关键词：
フォトニック結晶

项目摘要

本研究は、光の完全な制御が可能となる三次元フォトニック結晶を半導体で作製し、これに電気的接続を試みることで、将来の光・電子回路の三次元集積デバイスにおける重要な素子のひとつとして、高効率な電流注入型の発光デバイスを開発することを目的としている。2年目であった当該年度では、1年目に設計した半導体薄膜構造に基づいて、三次元フォトニック結晶の作製を行った。電子線リソグラフィおよびドライ・ウェットエッチングによって、新たに設計したGaAs薄膜を作製し、マイクロマニピュレーション法によって、この薄膜を1層ずつ積層することで、半導体三次元フォトニック結晶の作製に成功した。ただし、作製した試料の光学測定については、所属機関において実験室を含む建物の改修が長期間にわたって行われたため、測定を十分に実施することができなかった。その分、次年度に行う計画であった、pn接合を有する半導体薄膜を用いた三次元フォトニック結晶の設計に前倒しで着手した。パターンマスクを施した複数回のイオン注入によって、活性層を含む半導体基板の面内にp型・n型ドープを縞状（100ミクロン周期）に形成することについて、イオン注入を依頼する外部企業との打ち合わせを進めている。一方で、1年目に実施した三次元フォトニック結晶の設計については、蘭国Twente大学の教授との国際共同研究を行い、その成果を国際学会で発表したほか、学術論文としてもまとめて国際共著論文として出版した。

这项研究旨在利用半导体制造一种能够完全控制光的三维光子晶体，并尝试将其与晶体电连接，这将成为未来光学和电子电路三维集成器件的重要元件。目标之一是开发一种高效的电流注入型发光器件。今年，也就是第二年，我们在第一年设计的半导体薄膜结构的基础上，制作出了三维光子晶体。通过使用电子束光刻和干/湿蚀刻制造新设计的GaAs薄膜，并使用显微操作逐层堆叠该薄膜，他们成功地制造了三维半导体光子晶体。然而，由于我所在机构的建筑（包括实验室）长期改造，我无法对准备好的样品进行完全的光学测量。因此，我们提前开始了原定于明年进行的使用带有p-n结的半导体薄膜的三维光子晶体的设计。我们正在与一家外部公司合作，要求进行离子注入，通过使用图案进行多次离子注入，在半导体衬底表面（包括有源层）内形成p型和n型掺杂条纹（周期为100微米）我们正在继续开会。另一方面，关于第一年进行的三维光子晶体的设计，我们与荷兰特文特大学的教授进行了国际联合研究，结果在国际会议上发表并作为学术论文发表发表为共同撰写的论文。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fabrication of three-dimensional photonic crystals for near-infrared light by micro-manipulation technique under optical microscope observation

光学显微镜下微操作技术制备近红外光三维光子晶体

DOI：
10.35848/1882-0786/ac414a
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
2.3
作者：
Takahashi Shun;Kimura Erika;Ishida Takeshi;Tajiri Takeyoshi;Watanabe Katsuyuki;Yamashita Kenichi;Iwamoto Satoshi;Arakawa Yasuhiko
通讯作者：
Arakawa Yasuhiko

Optical properties of chiral three-dimensional photonic crystals

手性三维光子晶体的光学性质

DOI：
10.1103/physrevb.107.165307
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
3.7
作者：
Takahashi Shun;Tajiri Takeyoshi;Arakawa Yasuhiko;Iwamoto Satoshi;Vos Willem L.
通讯作者：
Vos Willem L.

Spontaneous Emission of PbS Quantum Dots Controlled by 2D Silicon Photonic Crystals

二维硅光子晶体控制 PbS 量子点的自发发射