フォトニックバンド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

光子能带结构中量子化光波与电子波相互作用的验证

基本信息

批准号：
08217207
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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

フォトニックバンド構造は光学半波長周期をもつ多次元構造である.特に半導体円柱配列からなる2次元構造は,効果的な光波・電子波の相互作用と単純な製作プロセスが両立できること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,同構造の最大の特長であるフォトニックバンドギャップという光の禁制帯の直接観測を目的とし,実験主体の研究を行った.製作には加工損傷や表面再結合の問題が少ないGaInAsP/InP半導体を採用し,これに電子ビーム描画と反応性イオンビームエッチングを施すことで円柱構造を形成した.配列ピッチは0.5〜1ミクロン,太さは0.2〜0.4ミクロン,高さは1.5ミクロンと極めてアスペクト比の大きい微細構造である.本研究ではメタン系ガスを用い,円柱の側壁荒さ2ナノメータ以下の平滑な円柱の形成に成功した.このときイオンの加速電圧を200Vと低めに設定することで,側壁の結晶損傷も数ナノメータ以下と小さくできた.フォトニックパンドギャップは2次元画内の透過スペクトルを測定することで評価できるが,上記のような微細構造に白色光を入射させることが困難である.そこで本研究では光源まで集積化した構造を製作し,光励起によるギャップの一括測定を実現した.その結果,フォトニックバンド計算から予測された波長領域において最大で-4dBの透過光の減衰を確認した.理論的には-20dBの減衰量が予測される.実験値が理論値に比べて不足するのは,柱の垂直性の不足によりフォトニック結晶の波長特性がぼやけてしまったためと考えられる.ただしギャップの周波数帯が理論と一致したことから,理論計算の妥当性が証明できた.これは同ギャップの初の実験的検証であり,物理的概念でしかなかったフォトニックバンド構造を発光素子として実現させる大きな足がかりが得られたものと考える.

光子带结构是具有光学半波长周期的多维结构。特别是，由半导体圆柱阵列组成的二维结构可以与有效的轻波和电子波相互作用和简单的制造过程结合使用，因此预计它将发展为超高效率的轻度发射设备。在这项研究中，我们进行了实验研究，目的是直接观察光子带隙，即禁光带，这是结构的最大特征。 GAI的产生不太可能损害表面重组。使用了NASP/INP半导体，并通过施加电子束图和反应性离子束蚀刻来形成圆柱结构。布置螺距为0.5-1微米，厚度为0.2-0.4微米，高度为1.5微米，微结构的纵横比极大。在这项研究中，使用甲烷的气体成功形成一个光滑的圆柱体，其圆柱的粗糙侧壁小于2纳米。在这项研究中，离子的加速度电压设置为低于200 V，并且侧壁晶体损伤也降低至小于几纳米。可以通过测量二维图像中的传输频谱来评估光子潘多间隙，但是很难将白光入射在上述微观结构上。因此，在这项研究中，我们制造了一种整合到光源中的结构，并意识到了光激发中间隙的测量。结果，我们在光子带计算预测的波长范围内确认了最大传输光的衰减。理论预测-20dB的衰减量。与理论值相比，缺乏实验值的原因被认为是因为柱的缺乏导致光子晶体的波长特征变得模糊。但是，间隙的频带与该理论一致，表明可以证明理论计算的有效性。这是间隙的第一个实验验证，被认为提供了一块很棒的垫脚石来实现光子带结构，这只是一种物理概念，是一种发光装置。