光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニクス結晶の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10210205
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野田 進 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10208358)
• 研究分担者: 王 学論 工業技術院電子技術総合研究所, 電子デバイス部, 研究員
• キーワード: フォトニック結晶 / フォトニクス結晶 / フォトニックバンド / 半導体レーザ / マイクロマシーニング

研究概要

本計画研究では、独自のマイクロマシーン技術を用いて光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニクス結晶を開発することを第一の目的とし、併せて、開発した結晶に発光体を埋め込むことで、輻射場の制御の様子を系統的に調べることを目的としている。本年度の成果は、以下のように纏めることができる。(1)前年度に、初めて光通信域で1ユニットのダイヤモンド構造結晶の実現に成功したが、本年度は、さらにプロセス全体の見直しを行い、バンドギャップ効果として、同じ1ユニット結晶で、約10倍のものを得ることに成功し、光通信域での完全結晶実現に初めて成功した。(2)フォトニック結晶と発光体との一体化に関し、昨年度成功した2次元フォトニック結晶レーザの研究をより進展させ、大面積でコヒーレント発振の実証と、局所電界分布の測定と理論計算との対応により、発振モードの同定に成功した。縦・横単一モードでかつ偏光の統一した大面積大出力面発光レーザ可能性を示した。(3)さらに、フォトニック結晶光回路を構成する要素として重要な、急峻な曲がりをもつ光導波路の解析、設計を行った。曲がりの前後でのモードマッチング、曲がり部分の最適設計を行うことにより、幅広い周波数域で、95%以上の透過率をもつ曲がり導波路の設計に成功し、光回路実現の重要な指針を得た。(4)その他、結晶中での超高速伝播の様子の観測など将来の光信号処理の基礎的実験をも行った。以上の成果は、米国Physics Today誌1999年9月号、日経エレクトロニクス誌1999年4月22日号、日刊工業新聞1999年4月1日号、同新聞1999年4月6-9日号(連載)、パリティ1999年10月号等に取り上げられる等、国内外の大きな注目を集めることが出来た。また数多くの国内外での招待講演を行った。

研究成果

• [文献書誌] S. Noda: "Three-Dimensional Photonic Crystals Operating at Optical Wavelength Region"Physica B : Condensed Matter. vol. 279, No. 1-3. 142-149 (2000)
• [文献書誌] S. Noda, N. Yamamoto, et al.: "Alignment and Stacking of Semiconductor Photonic Band Gaps by Wafer-Fusion"IEEE/OSAJ. Lightwave Technology. vol. 17, No. 11. 1948-1955 (1999)
• [文献書誌] A. Chutinan and S. Noda: "Highly-confined waveguide and wabeguide bends in three-dimensional photonic crystal"Appl. Phys. Lett.. Vol. 75, No. 24. 3739-3741 (1999)
• [文献書誌] S. Noda, N. Yamamoto, et al.: "Optical Properties of three-dimensional photonic crystals based on III-V semiconductors at infrared to near-infrared wavelengths"Appl. Phys. Lett.. Vol. 75, No. 7. 905-907 (1999)
• [文献書誌] M. Imada, S. Noda, et al.: "Coherent Two-Dimensional Lasing Action in Surface-Emitting Laser with Triangular-Lattice Photonic Crystal Structure"Appl. Phys. Lett.. Vol. 75, No. 3. 316-318 (1999)
• [文献書誌] M. Imada,S. Noda, et al.: "Semiconductor Lasers with One- and Two-Dimensional Air/Semiconductor Gratings Embedded by Wafer Fusion Technique"IEEE J. Sel. Top. of Quantum Electron. Vol. 5, No. 3. 658-663 (1999)