窒化物半導体スラブ型フォトニック結晶の品質改善と光集積回路への応用

氮化物半导体板片型光子晶体的品质提升及其在光集成电路中的应用

基本信息

批准号：
20K14788
负责人：
田尻武義
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該年度は、窒化ガリウム（GaN）から成るフォトニック結晶薄膜（スラブ）の高品質化を目指し、前年度に開発した手法を用いて作製したフォトニック結晶共振器の光学評価を行うと共に、作製手法の更なる改善を検討した。前年度では、GaNスラブを中空化するためにスラブの下地材料（犠牲層）を選択的にエッチングする方法として、光吸収誘起の酸化反応を利用する光電気化学エッチング法に着目し、照射光源としてレーザ光を用いることで、GaNスラブ型フォトニック結晶共振器の作製が可能であることを明らかにしている。当該年度では、同作製法において波長の異なる2種類のレーザ光源を用いる改善法を検討し、共振器への光閉じ込め強度が向上していることを明らかにした。また、犠牲層におけるInGaN超格子の組成に空間的変調を加えることによって、犠牲層の高選択エッチングが可能であることもわかった。これらの知見を元に作製したGaN二次元フォトニック結晶共振器からは、比較的高い光閉じ込め強度（Q~3400）を青色波長帯において達成している。この値は、光電気化学エッチング法により作製されたGaN二次元フォトニック結晶共振器としては最高値である。また、同手法で作製したマイクロディスク共振器では、Q>6700が同波長帯において得られることもわかった。この値も同様に、光電気化学エッチング法を用いた例としては最高水準にあるが、光学評価系の分解能に制限されているため、今後の評価系の改善によりさらに向上する可能性がある。これらの成果は、本研究で開発した作製法がGaNフォトニック結晶スラブの高品質化に有効であることを示すものであり、今後、光集積回路における可視光帯レーザ光源として応用が期待される。

在本财年，为了提高由氮化镓（GaN）制成的光子晶体薄膜（板）的质量，我们将对使用前一年开发的方法制造的光子晶体谐振器进行光学评估，以及考虑进一步改进制造方法。去年，我们重点研究了光电化学蚀刻方法，该方法利用光吸收诱导的氧化反应，选择性地蚀刻GaN板的底层材料（牺牲层）以将其挖空，并将其用作照射光我们已经证明可以使用激光制造 GaN 平板型光子晶体谐振器。本财年，我们研究了在同一制造方法中使用两种不同波长的激光光源的改进方法，结果发现谐振器中的光限制强度得到了提高。我们还发现，通过空间调制牺牲层中 InGaN 超晶格的成分，可以对牺牲层进行高选择性蚀刻。基于这些发现制造的GaN二维光子晶体谐振器在蓝色波段实现了相对较高的光学限制强度（Q~3400）。该值是通过光电化学刻蚀制造的GaN二维光子晶体谐振器的最高值。研究还发现，采用相同方法制造的微盘谐振器在相同波长带内可以实现Q>6700。作为使用光电化学蚀刻法的例子，该值也处于最高水平，但由于受到光学评估系统的分辨率的限制，因此随着未来评估系统的改进，该值有可能进一步提高。这些结果表明，本研究开发的制造方法可有效提高GaN光子晶体板的质量，有望在未来作为可见光波段激光光源应用于光集成电路中。