2022 Fiscal Year Annual Research Report

CdSeナノプレートレットを入れた微小光共振器の作製と室温ポラリトンレーザー発振

Research Project

Project/Area Number	19K05197
Research Institution	Kyushu Institute of Technology
Principal Investigator	小田勝九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30345334)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	近藤久雄愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 講師 (70274305)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ナノプレートレット / 微小光共振器 / ポラリトン / 強結合
Outline of Annual Research Achievements	光の波長程度の間隔で対向する２枚の鏡で構成された微小光共振器（MC）中に、光との相互作用の強い物質を入れると、光と物質の結合状態である共振器ポラリトン（CP）が形成される。CPは、閾値の無いレーザー発振に利用できると期待されている。室温でCPを形成しレーザー発振させるためには、①物質の振動子強度が大きく、②発光の量子効率が高く、③高性能なMC内に入れられる物質が必要である。物質として無機半導体を用いた場合、主に①の制限より紫外域の波長で発光する材料以外でのCPの室温形成と発振が難しいとの課題がある。本課題では、コロイド状CdSeナノプレートレット（NP）の分散薄膜が、NPに特有のナノ構造により条件①の達成が期待できる可視域で発光する材料であることに着目し、第一に応募者が過去に開発した結晶合成・製膜技術を利用した、条件①と②を満たすNPの分散薄膜の作製法の開発に取り組んだ。第二に、条件③に向けて独自に設計したMCに、NPの分散薄膜を入れる技術の開発を行った。第三に、作製した素子による室温でのCPの形成と発振の実証に向けた光学計測を行った。昨年までに条件①と②を概ね満たすNP薄膜の作製に成功した。またその薄膜を独自設計したMCに入れる技術を開発し、室温でのCP形成と可視域での発光生成を得た。本年度は始めに、素子の室温発光特性の角度依存性の詳細測定を行い、昨年見出した新たな発光現象の原因を調査した。その結果から、この共振器ではCPの効率的な生成に適する緩和経路が存在することを明らかにした。次にCPの発振に向けた光学系整備、素子作製法改良、発振検証を進めた。共振器の高性能化が完全には達成できず室温発振に至らなかったが条件③に適する物質が得られた。本研究を通じ、可視域で発光波長を持つ無機半導体によるCPの室温形成が可能であり発振が期待できるMCを作製するための基盤技術を確立した。