フォトニック結晶レーザの高性能化と新機能探求

提高光子晶体激光器性能并探索新功能

• 批准号: 03J04417
• 负责人: 冨士田 誠之
• 金额: $ 2.18万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J04417/
• 关键词: フォトニック結晶; レーザ; 発光素子; 発光制御; フォトニックバンド; 化合物半導体; 有機材料; 微細加工; 光制御; GaInAsP; 光共振器; モード制御

従来にはない光の制御を可能にするナノ構造光機能材料として注目を集めているフォトニック結晶を用いたレーザの高性能化および新機能の探求を本研究の目的としている.フォトニック結晶の高性能化にはまず,高精度な微細加工の確立が必要と考えた.昨年度までに,一般的にレーザに用いられる化合物半導体に対し,高純度ヨウ化水素ガスを用いた誘導結合プラズマ法を適応することで,既に加工技術が確立されているシリコンフォトニック結晶に迫る高精度なフォトニック結晶の作製に成功した.今年度はこの技術をフォトニック結晶レーザの基本形となる薄膜スラブにガリウムインジウムヒ素燐半導体量子井戸発光層を導入した構造に適用することを試みた.作製したフォトニック結晶を,チタンサファイアパルスレーザで励起し,光電子増倍管を含む光学システムにて発光の時間応答特性を測定した.量子井戸からの発光の減衰寿命がフォトニック結晶のない場合と比較して約5倍に増大した.これは,フォトニック結晶の効果によってレーザ発振現象の源となる自然放出が原理的に制御された結果を示しており,高精度な化合物半導体加工結果を反映している.(この成果はフォトニック結晶による発光制御の基本原理が実証された成果として米国の著名な科学誌サイエンスに掲載され,多くのメディアでも報道された)本研究では一方でフォトニック結晶レーザの新機能探求の目的で新たな発光材料を用いたフォトニック結晶発光素子の作製も試みている.今年度は昨年度に引き続きフレキシブルな大面積素子への展開の可能性がある有機材料を用いた.ナノインプリント法という大面積を一括形成可能な微細加工技術を適応することで約1億個の微細孔からなるフォトニック結晶を作製した.2ミリ角という大きな発光面積フォトニック結晶有機発光素子の動作を確認し,将来の大面積有機フォトニック結晶レーザの作製技術の基礎を築いた.

这项研究的目的是提高激光器的性能并使用光子晶体探索新功能，这些晶体引起了人们的注意，作为纳米结构的光学功能材料，允许前所未有的光控制。我们首先认为，为了提高光子晶体的性能，有必要建立高精度的微结合化。到去年，硅照片已经通过使用高纯氢碘化物气体来调整电感耦合等离子体方法来建立其加工技术，以在激光器中常用的复合半导体。我们已经成功地制造了一个接近划痕晶体的高精度光子晶体。今年，我们试图将该技术应用于一种结构，在该结构中，将砷化磷脂半导体量子量井发光层引入薄膜板中，这是光子晶体激光器的基本形式。钛蓝宝石脉冲激光器激发了制造的光子晶体，并使用包括光电倍增管的光学系统测量发射的时间响应特性。将量子井的光发射的衰减寿命与没有光子晶体的情况进行了比较。这增加了大约五倍。这显示了控制自发发射的光子晶体的效果的结果，这原理是激光振荡现象的来源，并反映了高精度化合物半导体加工的结果。 （由于证明了使用光子晶体发光控制的基本原理的证明，该结果发表在美国著名的科学杂志科学上，并且在许多媒体中也报道了。）在这项研究中，我们还试图使用新的光子晶体光发射设备，使用新的光发光材料来探索光子晶体激光器的新功能。今年，我们继续使用可以开发成灵活的大区域设备的有机材料。通过调整称为Nanoimprint方法的微加工技术，该方法允许大面积的大面积形成，我们制造了大约1亿微孔的光子晶体。我们确认了大型2mm平方的光子晶体有机发光设备的操作，并为大面积有机光子晶体激光器的未来制造技术奠定了基础。

项目成果

Reduction of operating voltage in organic light-emitting diode by corrugated photonic crystal structure

• DOI: 10.1063/1.1836867
• 发表时间: 2004-12-06
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Fujita, M;Ueno, T;Shimoji, N
• 通讯作者: Shimoji, N

M.Fujita, T.Ueno, T.Asano, S.Noda, H.Ohata, T.Tsuji, H.Nakada, N.Shimoji: "Organic light-emitting diode with ITO/organic photonic crystal"Electronics Letters. 39・24. 1750-1752 (2003)

M.Fujita、T.Ueno、T.Asano、S.Noda、H.Ohata、T.Tsuji、H.Nakada、N.Shimoji：“采用 ITO/有机光子晶体的有机发光二极管”Electronics Letters 39・24. 1750-1752 (2003)

プラズマによる半導体微細加工の方法

使用等离子体的半导体微细加工方法

• 发表时间: 2004

フォトニック結晶による自然放出制御

使用光子晶体进行自发发射控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: オプトロニクス 24・11
• 作者: K.Ishihara;M.Fujita;M.Fujita;冨士田誠之;冨士田誠之
• 通讯作者: 冨士田誠之

M.Fujita, T.Ueno, H.Uemura, T.Asano, S.Noda, H.Ohata, T.Tsuji, H.Nakada, N.Shimoji: "Organic light-emitting diode with ITO-patterned 2D photonic crystal"Technical Digest of International Symposium on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. 5. 20

M.Fujita、T.Ueno、H.Uemura、T.Asano、S.Noda、H.Ohata、T.Tsuji、H.Nakada、N.Shimoji：“具有 ITO 图案的二维光子晶体的有机发光二极管”