2021 Fiscal Year Research-status Report

窒化物半導体スラブ型フォトニック結晶の品質改善と光集積回路への応用

Research Project

Project/Area Number	20K14788
Research Institution	The University of Electro-Communications
Principal Investigator	田尻武義電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (00842949)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	窒化ガリウム / フォトニック結晶 / 光電気化学エッチング
Outline of Annual Research Achievements	当該年度は、窒化ガリウム（GaN）から成るフォトニック結晶薄膜（スラブ）の高品質化を目指し、前年度に開発した作製法の改善を行った。特に、GaNスラブを中空化するためのスラブ下層（犠牲層）の選択的エッチング（光電気化学エッチング）法において、エッチング反応を引き起こす照射光を変調する等により、エッチングの材料選択性を向上できることを明らかにした。こうした改善により、GaNスラブ内にInGaN量子井戸を埋め込んだフォトニック結晶スラブの作製に成功した。顕微フォトルミネッセンス分光評価において、フォトニック結晶スラブに共振器構造を形成した試料からは、共振器スペクトルと予測される発光ピークが観測されることも分かった。光電気化学エッチングを用いて二次元フォトニック結晶共振器を作製している他の文献と比べて、本研究では同程度の共振器Q値が得られており、比較的高い品質でフォトニック結晶共振器を作製できた可能性がある。上記の作製法の改善と並行して、フォトニック結晶共振器の評価を行う新たな手法の開発にも取り組んでいる。特に、当該年度は、ガラス針の先端により微小物体の操作が可能な装置（マニピュレーション装置）を導入している。こうした操作技術により、フォトニック結晶スラブを基板から切り離すことで、これまで報告の無いスラブ背面部分を含めた構造評価が可能となり、作製プロセスのさらなる改善に向けた知見が得られることが期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度は、InGaN量子井戸が埋め込まれたGaN二次元フォトニック結晶共振器を作製することができており、その高品質化に向けて基礎的な作製・評価技術を確立することができたと考えている。顕微フォトルミネッセンス分光評価では、同様の作製手法を用いる他の文献と比較して、同等の品質であることが予想されているが、更なる改善に向けた新たな構造評価技術の構築が完了している。これらの状況から、本研究が目指すGaN二次元フォトニック結晶の高品質化に向けて、研究は概ね順調に進展していると考えている。
Strategy for Future Research Activity	本年度に導入した技術を用いることでGaN二次元フォトニック結晶スラブの構造評価を行い、作製プロセスへとフィードバックすることで、その品質の向上を目指す。GaN二次元フォトニック結晶スラブの構造を詳細に評価することで、光の散乱要因となる構造の表面荒れの特定につながることが期待される。また、光電気化学エッチングがスラブ背面に凹凸を引き起こすメカニズムの議論も可能となるため、作製プロセスの課題の解決に向けた具体策を検討することが可能となる。こうした作製プロセスの改良により、これまでより高いQ値のGaN二次元フォトニック結晶共振器の実現可能性を明らかにすることを目指す。