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.

光子能带结构是一种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，由于可以实现有效的光波和电子波相互作用且制造简单，因此具有超高的效率。预计它将被开发成发光器件。在这项研究中，我们进行了实验研究，目的是直接观察被称为光子带隙的光禁带，这是该结构的最大特征。 GaI 具有较少的加工损伤和表面复合问题采用nAsP/InP半导体，采用电子束写入和反应离子束刻蚀形成圆柱形结构。阵列间距为0.5至1微米，厚度为0.2至0.4微米，高度为1.5微米。它具有纵横比极大的微观结构。在这项研究中，我们成功地利用甲烷基气体形成了侧壁粗糙度小于2纳米的光滑圆柱体。此时，离子加速电压设置为通过这样做，200V的低值。侧壁上的晶体损伤也减少到几纳米或更小。光子宽度间隙可以通过测量二维图像中的透射光谱来评估，但很难将白光注入上述精细结构中。因此，在本研究中，我们制作了一种集成光源的结构，并通过光激励实现了间隙的批量测量。结果，我们发现在预测的波长范围内透射光的最大衰减为-4 dB证实的光子带计算。因此，预测衰减为-20 dB。实验值与理论值相比不足的原因被认为是由于柱子的频带缺乏垂直性而使光子晶体的波长特性变得模糊。与理论一致这证明了理论计算的有效性，这是对这一间隙的首次实验验证，并为实现光子能带结构（这只是一个物理概念）提供了主要的立足点。事物。