フォトニックバンど構造における量子化された光波・電子波間の相互作用の検証

验证光子能带结构中量子化光波和电子波之间的相互作用

基本信息

批准号：
07227208
负责人：
馬場俊彦
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

フォトニックバント構造は光学波長オーダーの多次元的な周期性によって光の発生,伝搬を制御する新しい概念構造であり,特に半導体2次元構造は,効果的な光波・電子波の相互作用,高い設計自由度,比較的単純な製作プロセスといった特徴から超高効率発光素子への発展が期待されている.本研究では,同構造中の光の状態密度,半導体への光閉じ込め係数,放射パターンをフォトニックバンド計算より求め,バンドギャップ付近での電磁界の振る舞いや実験で観測される現象を予測した.そして0.3ミクロン以下の直径と1ミクロン以上の高さをもつ高アスペクト比超微細円柱の配列によって基板垂直方向偏波に対するバンドギャップが得られること,バンド下端で半導体へ効果的に光が局在化し,状態密度が高まること,光が半導体方向へ放射されること,等を明らかにした.また実験においては加工ダメ-ジや表面再結合の問題が小さいGaInAsP/InP半導体を上記の円柱構造に加工することを検討した,まず表面再結合の影響を考慮した円柱の発光効率を理論的に調べた結果,この材料と構造の組み合わせで1マイクロアンペアの微弱電流注入でも十分な効率が見込めることを確認した.次に電子ビーム描画法とメタン系反応性イオンビームエッチング法を併用した構造の製作条件を把握し,最適設計される円柱構造が形成可能な見通しを得た.さらに歪量子井戸発光層を含むウエハにこの加工を施したところ,直径0.3ミクロンの円柱において十分な発光強度と広がりの少ない発光スペクトルが確認され,本方法の有効性が確認された.さらに基板水平方向偏波の2次バンドギャップ条件で製作した構造の発光スペクトルを観測したところ,バンド計算で予測される偏波依存性が実際に確認された.以上の研究によりこれまで物理学の分野で概念的に語られてきたフォトニックバンド構造の実現の見通しが得られたものと考える.

光子邦特结构是一种新的概念结构，可以通过光波长的多维周期性来控制光的产生和传播。特别是，由于有效的轻波和电子波相互作用，高度的设计自由度以及相对简单的制造过程，二维半导体结构有望发展为超高效率发光设备。在这项研究中，我们发现了通过光子条带计算和辐射模式在相同结构中的光线密度，光限制系数和辐射模式。预测了电磁场和实验中观察到的现象的行为。获得直径低于0.3微米和高于1微米的高度的高纵横比的超细缸阵列，以获得底物中的垂直极化，有效地将光定位到带的频带底部的半导体，状态密度增加，并在半管路方向上发射光。此外，实验表明，GainASP/INP半方向，这几乎没有加工损伤和表面重组的问题。我们研究了人体的过程中上述圆柱体结构。首先，我们考虑了表面重组的作用，研究了圆柱体的发光效率，并确认即使弱电流注入1微接管器，材料和结构的这种组合也可以提供足够的效率。接下来，我们了解结合电子束图和基于甲烷的反应离子束蚀刻的结构的制造条件，并获得了形成最佳设计的圆柱体结构的前景。此外，我们在包含紧张的量子良好发光层的晶圆上进行了此过程。当进行发光时，在直径为0.3微米的圆柱体中确认了足够的发射强度和低扩散发射光谱，并确认了该方法的有效性。此外，当在底物水平极化的二阶带隙条件下制造的结构的发射光谱时，实际上已经确认了通过频带计算预测的极化依赖性。上述研究为实现了在物理领域概念上讨论的光子带结构的前景。