スペックルフリーInGaN系ナノコラムフォトニック結晶レーザー

无散斑InGaN纳米柱光子晶体激光器

基本信息

批准号：
26870581
负责人：
石沢峻介
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノコラムフォトニック結晶レーザーの実現可能性を確認するため，理論的な検討を行った。AlGaN層上にGaNナノコラムが三角格子状に配置した構造について，垂直方向の光閉じ込めモードの計算と，面内方向のフォトニック結晶におけるバンド端波長の計算を組み合わせ，キャビティー構造を設計した。設計された三次元構造について電磁界シミュレーションを行ったところ，特定の波長について光の閉じ込めが認められ，設計手法の妥当性が確かめられた。実験的な検討として，サンプルの作製と光励起によるレーザー発振の実証を試みた。AlGaN/GaN分布ブラッグ反射鏡上に，InGaN系活性層を含むGaNナノコラムをTiマスク選択成長法を適用した分子線エピタキシー法で配列成長させた。このサンプルについてNd:YAGレーザーによる光励起発光特性を調べた。周期260nmの三角格子配列ナノコラムについて，0.2MW/cm2以上の励起強度で波長506.6nmに線幅2nm以下の鋭いピークが得られ，ピーク強度の励起強度依存性はしきい値を持った非線形特性を示したことから，ナノコラムフォトニック結晶によるレーザー発振が実証された。また，直径に変化を加えることで発振帯域が増大し，スペックルノイズが低減できることや，複数本のナノコラムの集合を格子点に配置した周期構造（クラスタ配列ナノコラムフォトニック結晶）によって極細線ナノコラムでもΓ点レーザー発振が可能になる手法などを提案した。電流注入デバイスの試作と評価も行った。デバイス結晶は，前述の構造上にp型層を加えた構造で，ナノコラム上部およびナノコラム下部のn型膜結晶に電極を成膜することでデバイスを完成させた。IV特性は立ち上がり電圧6V程度の整流性を示し，緑色の発光が得られた。しかしながらレーザー発振は確認できず，結晶成長条件や電極プロセスなどに課題が残されていることが分かった。

进行了理论研究以证实纳米柱光子晶体激光器的可行性。针对AlGaN层上GaN纳米柱呈三角晶格排列的结构，结合垂直方向的光限制模式和光子晶体面内方向的带边波长的计算，设计了腔体结构。当对设计的三维结构进行电磁场模拟时，在特定波长下观察到光限制，证实了设计方法的有效性。作为一项实验研究，我们尝试制造样品并通过光激发演示激光振荡。使用 Ti 掩模选择性生长方法，使用分子束外延，在 AlGaN/GaN 分布式布拉格反射器上以阵列形式生长包含 InGaN 有源层的 GaN 纳米柱。研究了使用 Nd:YAG 激光器的该样品的光激发发射特性。对于周期为260 nm的三角晶格阵列纳米柱，在0.2 MW/cm2以上的激发强度下，在波长506.6 nm处获得线宽小于2 nm的尖峰，激发强度依赖性为峰值强度呈现出具有阈值的非线性特征，如图所示，证明了纳米柱光子晶体的激光振荡。此外，通过改变直径，可以增加振荡频带并减少散斑噪声，并且在晶格点处排列多个纳米柱集合的周期性结构（簇阵列纳米柱光子晶体）甚至可以实现超细纳米柱我们提出了一种能够实现 γ 点激光振荡的方法。我们还制作了电流注入装置的原型并进行了评估。器件晶体具有在上述结构中添加p型层的结构，通过在纳米柱上下的n型膜晶体上形成电极来完成器件。 IV特性显示出约6V的上升电压的整流，并且获得了绿光发射。然而，无法确认激光振荡，这表明晶体生长条件和电极工艺等问题仍然存在。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Radiation Characteristics of Bottom-up-Grown InGaN-Based Nanocolumn Photonic Crystals

自下而上生长的InGaN基纳米柱光子晶体的辐射特性

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Ishizawa;Y. Sunikawa;and K. Kishino
通讯作者：
and K. Kishino

InGaN-Based Visible Nanocolumn Photonic Crystal Emitters

InGaN 基可见光纳米柱光子晶体发射器

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Kishino;A. Yanagihara;and S. Ishizawa
通讯作者：
and S. Ishizawa

ナノコラムフォトニック結晶のレーザー応用に向けたPL放射特性の評価

激光应用纳米柱光子晶体的 PL 辐射特性评估

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Kishino;A. Yanagihara;and S. Ishizawa;石沢峻介，澄川雄樹，本山界，岸野克巳
通讯作者：
石沢峻介，澄川雄樹，本山界，岸野克巳

Optical Pumped Lasing at Amber Region in Short Period Nanocolumn Arrays

短周期纳米柱阵列中琥珀色区域的光泵浦激光

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Matsui;S. Ishizawa;K. Motoyama;and K. Kishino
通讯作者：
and K. Kishino

ハニカム・カゴメ格子配列ナノコラムの成長と評価

蜂窝/Kagome晶格阵列纳米柱的生长和评价

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Kishino;A. Yanagihara;and S. Ishizawa;石沢峻介，澄川雄樹，本山界，岸野克巳;澄川雄樹，石沢峻介，岸野克巳;本山界，石沢峻介，柳原藍，司馬大次郎，岸野克己
通讯作者：
本山界，石沢峻介，柳原藍，司馬大次郎，岸野克己