位相制御領域を有するフォトニック結晶の作製とその光デバイスへの応用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10210206
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 青柳 克信 理化学研究所, 半導体工学研究室, 主任研究員 (70087469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 秀樹 理化学研究所, 半導体工学研究室, 研究員 (70270593) ; 瀬川 勇三郎 理化学研究所, 光物性研究チーム, チームリーダー(研究 (30087473)
• Keywords: フォトニック結晶 / 自然放出光制御 / 位相制御領域 / 無しきい値レーザー / リングレーザー / 自然放出寿命 / 選択結晶成長

Research Abstract

本研究は、位相制御領域が挿入されたフォトニック結晶における輻射場の制御効果を明らかにし、光デバイスへの応用を検討する事を目的とする。そのため、まず、精度の良い作製が可能な、ミリ波サイズ誘電体構造を用いて、位相制御領域を有する3次元フォトニック結晶を作製し、フィールドの局在効果、放射特性等の基礎的効果を観測し、さらに、光デバイスへの直接応用を考慮し、位相制御領域を有する可視領域半導体2次元フォトニック結晶を作製し、自然放出光放射パターン、寿命変化等の位相制御効果を実証し、無しきい値レーザー等への応用を試みることを、研究の目標としている。
本年度は、まず、様々な位相制御領域が挿入されたフォトニック結晶における輻射場の制御効果について、計算によるシミュレーションを行った。今後作製予定である、光波長領域半導体2次元フオトニック結晶を用いた局在準位レーザ、リングレーザーにおける輻射場の制御効果を解析し、高効率,極低しきい値特性等を解析から明らかにした。
サイズ数mmのシリコイナイトライド誘電体球を3次元的に配列しフォトニック結晶を作製し、結晶にミリ波を照射し、反射・透過特性を観測した。配列した球を部分的に削除することにより、フォトニック結晶内に位相制御領域を形成し、局在モード発生に伴う透過特性の変化を観測した。また、それが理論的予測と大変よく一致することを明らかにした。
可視領域半導体2次元フォトニック結晶を制御よく作製する為に、選択結晶成長を目的とした有機金属気相成長反応炉を設計し、構築した。

Research Products

• [Publications] H.Hirayama: "Novel sponstaneous emission control using 3-dimensional photonic bandgap crystal cavity" Materials Science and Engineering. B51. 99-102 (1998)
• [Publications] H.Hirayama: "Analysis of resonant properties of micro ring lasers consisting of 2-dimeusional photonic bandgap crystal" Riken Review. 19. 112-115 (1998)
• [Publications] T.Hamano: "2-dimeusional photonic crystal polarizer" Riken Review. 19. 110-111 (1998)