3次元フォトニック結晶による自然放出制御と点欠陥レーザ作製に関する研究

利用3D光子晶体进行自发发射控制和点缺陷激光制造的研究

基本信息

批准号：
02J01995
负责人：
小川新平
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではこれまでに、9層3次元フォトニック結晶に発光体と欠陥を導入した試料を作製することにより、完全フォトニックバンドギャップによる発光の減衰と、欠陥共振器による共振モードの制御を明らかにした。しかし、9層構造では欠陥共振器のQ値が100程度であり、レーザ発振には至らない。本年度は3次元フォトニック結晶を用いた点欠陥レーザの実現に向けて、非常に高いQ値(〜5000)が見込める17層構造の作製を行った。本研究においては、ウエハ融着法によりストライプ構造を積層することで多層化を行っている。そこで多層化した場合の融着条件を求めた。以下に得られた知見をまとめる・4層以上の多層化試料の場合、最高加熱温度(4層においては525℃)で加熱を行う前に、僅かに低い温度(4層においては475℃)で加熱することにより、より安定した界面状態を形成することが可能となり、歩留まりが向上した。・8層構造の融着条件を515℃・2時間であることを見出し、さらに、今回初めて8層積層構造に発光体を融着することに成功した。・最終的に、8層積層構造に発光体を融着した試料に別の8層積層構造を組み合わせることにより、17層3次元フォトニック結晶に発光体ならびに欠陥を導入した試料の作製に成功した。本試料は17層構造であるため、非常に大きな完全フォトニックバンドギャップ効果が期待される。よって欠陥モードにおいてはパーセル効果などの現象が予測され、今後発光特性を評価することにより、自然放出と誘導放出の境界が曖昧となるような零閾値レーザの実証が成されると考えられる。

在这项研究中，我们创建了一个在九层三维光子晶体中引入发光体和缺陷的样品，并阐明了由于完整的光子带隙和谐振模式的控制而导致的发光衰减我用缺陷谐振器做到了。然而，在九层结构中，有缺陷的谐振器的Q值约为100，这不会导致激光振荡。今年，我们制造了一个 17 层结构，预计具有非常高的 Q 值（~5000），以便使用三维光子晶体实现点缺陷激光器。在这项研究中，多层是通过使用晶圆熔合方法堆叠条状结构来实现的。因此，我们确定了多层时的融合条件。研究结果总结如下： - 对于四层或多层的多层样品，先以稍低的温度（4 层为 475°C）加热，然后再以最高加热温度（4 层为 525°C）加热。可以形成更稳定的界面状态，并且产率提高。・发现8层结构的熔合条件为515℃、2小时，并且首次成功地将发光体熔合到8层层叠结构上。・最后，通过将带有发光体的8层堆叠结构的样品与另一个8层堆叠体组合，成功制作了带有发光体的17层三维光子晶体和缺陷介绍。由于该样品具有 17 层结构，因此预计会产生非常大的完美光子带隙效应。因此，在缺陷模式下预测了诸如珀塞尔效应等现象，并且认为未来对发射特性的评估将导致自发发射和受激发射之间的界限变得模糊的零阈值激光器的演示。