ワイドバンドギャップ半導体結晶をベースとした高感度ホログラム記録材料の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23686011
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 藤村 隆史 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (50361647)
• Project Period (FY): 2011-11-18 – 2015-03-31
• Keywords: フォトリフラクティブ効果 / 窒化物結晶

Research Abstract

本年度は昨年度に我々がAlN結晶において観測した光誘起吸収を利用したホログラムの2波長書き込みを試みた。この方法は、ゲート光と呼ばれる波長の短い光を照射し、光誘起吸収を起こしながらホログラム記録を行う方法である。今回、われわれはゲート光を波長325nmのHeCdレーザーの光、記録光を波長405nmの青色半導体レーザーの光として反射型2光波混合実験を行った。その結果、ゲート光照射による2光波混合ゲインの微分感度の有意な変化は観測されず、飽和値がわずかに減少するのみであった。これの結果からAlN結晶の可視領域のブロードな吸収帯は、波長405nmでのフォトリフラクティブ電荷分布の形成には関与していない可能性が高いことが示唆された。
一方で、GaN結晶における添加物探索では、添加元素としてFe, Mn, Crの3種を薄膜GaN結晶にスパッタによって成膜し、熱拡散法により薄膜GaN結晶に添加した。SIMS分析の結果、Mnが最もGaN中に拡散しやすく、深さ方向に約1ミクロン程度まで拡散させることができた。添加したイオンの影響は、表面に酸化膜が形成されることからGaN本来の抵抗率の評価は容易ではない。そこで本研究ではバンドエッジエンハンスメント法によって薄膜GaN結晶のフォトリフラクティブ特性を直接評価することにした。本年度はまずすでに高抵抗化されているGaN結晶を用いて波長405nmにおけるバンドエッジエンハンスメント法によるフォトリフラクティブ効果の観測を行った。その結果、吸収格子よりも屈折率格子が支配的な光波結合が生じ、有意なビーム間のエネルギー移動を観測することができた。本手法を用いた評価方法は、ポッケルス効果の寄与しない結晶方位をとることで結合定数の符号によりキャリアの種類（電子orホール）の判別が容易に行えるというメリットも有している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は当初の予定にはなかったAlN結晶の2波長記録を試みた。結果として波長405nmと325nmの組み合わせでは不揮発性ホログラムが記録できる兆候はみられなかったが、AlN結晶における電荷移動プロセスの新しい知見を得ることができた。一方、GaN結晶における添加物探索においては、添加元素をGaN結晶の奥深くまで浸透させる方法を確立し、その評価方法を新たに立ち上げている。この過程においてバンドエッジエンハンスメント法を用いたフォトリフラクティブエネルギー移動をGaN結晶において初めて観測するなど一定の成果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

今後はこれまでに確立してきたバンドエッジエンハンスメント法によるフォトリフラクティブ光波混合の測定により、添加した遷移金属イオン種の効果と性能を評価していく。また当初の予定通り成長時にFeが添加されたGaN結晶にさらにイオン添加することを試みる。本研究は、学生の補助1名をつけて進めていく。