2022 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
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20K14788
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / フォトニック結晶 / 共振器 |
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| 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、前年度に開発した手法を用いて作製したフォトニック結晶共振器の光学評価を行うと共に、作製手法の更なる改善を検討した。前年度では、GaNスラブを中空化するためにスラブの下地材料（犠牲層）を選択的にエッチングする方法として、光吸収誘起の酸化反応を利用する光電気化学エッチング法に着目し、照射光源としてレーザ光を用いることで、GaNスラブ型フォトニック結晶共振器の作製が可能であることを明らかにしている。当該年度では、同作製法において波長の異なる2種類のレーザ光源を用いる改善法を検討し、共振器への光閉じ込め強度が向上していることを明らかにした。また、犠牲層におけるInGaN超格子の組成に空間的変調を加えることによって、犠牲層の高選択エッチングが可能であることもわかった。これらの知見を元に作製したGaN二次元フォトニック結晶共振器からは、比較的高い光閉じ込め強度（Q~3400）を青色波長帯において達成している。この値は、光電気化学エッチング法により作製されたGaN二次元フォトニック結晶共振器としては最高値である。また、同手法で作製したマイクロディスク共振器では、Q>6700が同波長帯において得られることもわかった。この値も同様に、光電気化学エッチング法を用いた例としては最高水準にあるが、光学評価系の分解能に制限されているため、今後の評価系の改善によりさらに向上する可能性がある。これらの成果は、本研究で開発した作製法がGaNフォトニック結晶スラブの高品質化に有効であることを示すものであり、今後、光集積回路における可視光帯レーザ光源として応用が期待される。
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| 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について、光電気化学エッチング法の改良により、先行研究のQ値を一桁程度上回る高い値を達成した。これは、本研究が目指しているGaN二次元フォトニック結晶の品質改善に成功したことを示す成果である。また、GaN一次元フォトニック結晶共振器レーザに関する先行研究と比較すると、本研究で達成された共振器はこれまでより高い品質に到達している可能性があり、今後、GaN二次元フォトニック結晶共振器のレーザ応用の可能性も期待される。以上のことから、研究は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、GaNフォトニック結晶スラブの光学評価手法の改善を検討する。GaNマイクロディスク共振器の評価実験から、Q値が顕微フォトルミネッセンス分光評価系の分解能に制限されることが明らかになっている。また、レーザ応用に向けた評価においては、発熱の抑制が必要であることから、励起レーザを強く絞ることも重要となる。こうした評価技術の課題に対処することが今後の方針の一つである。また、応用の観点からは、これらの光共振器を導波路と結合する等により光回路化していくことが重要となる。本研究では、こうしたシステム化・回路化の手法についても検討する方針である。
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