フォトニック結晶特性の作製後チューニング技術に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550337
• 研究機関: 帝京科学大学
• 研究代表者: 永沼 充 帝京科学大学, 理工学部, 教授 (70319086)
• 研究分担者: 中尾 正史 日本電信電話株式会社, フォトニクス研究所, 主幹研究員 ; 高橋 清 帝京科学大学, 理工学部, 教授 (10016313)
• キーワード: フォトニック結晶 / 2次元構造 / 半導体ピラー / チューニング技術 / レーザ発振 / オートクローニング法 / ドライエッチングダメージ / フォトニックバンドギャップ

研究概要

(1)2次元ピラー構造でのレーザ発振の詳細評価。
チタンサファイヤレーザを励起光源として、フォトニック結晶に照射しその入出力特性から100mW近傍に閾値を有するレーザ発振特性を確認した。さらに、その発振波長が計算されるフォトニックバンドギャップの高エネルギー側エッジ近傍に有ることを示した。発振モードは2次元DFBモードであり、半導体(GaAs)の利得帯域とフォトニックバンドギャップの帯域がオーバーラップ領域での発振と結論付けた。閾値が比較的高い理由はピラーに対して軸方向励起であって励起効率が低いこと並びに、ピラー構造表面のドライエッチングダメージによる非発光再結合に求められる。
(2)半導体利得構造とフォトニック結晶の複合化。
半導体フォトニック結晶自体にチューニング機能を持たせたピラー構造は、空気/半導体の大きな屈折率差が利用できる点で有利であるが、光学利得の大きな犠牲を伴う。これを回避するために、誘電体系フォトニック結晶と半導体光学利得構造の複合化を試みた。半導体レーザ用の多重量子井戸構造を有するダブルヘテロ構造上に2次元パターンを2重露光法により作製しこれを基板として用いてSiO2/アモルファスSiの3次元フォトニック結晶構造を作製した。多重量子井戸構造活性層を光励起し、そのルミネッセンス光をエッジ(導波方向)および基板垂直方向から観測しフォトニック結晶の効果を検証した。積層したSiO2/アモルファスSi構造が単純多層構造の場合と3次元フォトニック結晶構造の場合ではスペクトルに明らかな違いが見られ、後者の場合には2次元のフィードバック効果に依ると思われる新たなピークが出現することを見いだした。励起方法の改善などにより、この新たなピークを増大させ、作製後チューナブルナなレーザ発振へと展開できるものと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] M.Naganuma et al.: "Optical and mechanical properties of GaAs/AlGaAs 2-D photonic crystals"Proc. of the 4th Japanese-Spanish-German Workshop on Recent Progress in Advanced Materials, Devices, Processing, and Characterization. 5 (2002)
• [文献書誌] T.Segawa et al.: "Fabrication of 3D photonic crystals on 2D-patterned InP substrates"Proc.of the intern.Conf.on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM'02). PII. 17-20 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao et al.: "Femto-second-laser inducedphotoemission from InP-based MQW structure with over-cladding layerof 3-dimensional Si/SiO2 photonic crystals fabricated by autocloning technology"Proc.of Sixth International Symposium on Contemporary Photonics Technology(CPT2003). 86-87 (2003)
• [文献書誌] S.Takahashi et al.: "Fabrication of 3D a-Si/SiO2 photonic crystals on 2D sub-micron-patterned Si substrates"Proc.of Sixth International Symposium on Contemporary Photonics Technology(CPT2003). 57-58 (2003)
• [文献書誌] R.Tsuji et al.: "Optical characteristics of 3D-photonic crystals fabricated on 2D-patterned semiconductor substrates by autocloning technology"Proc.of Sixth International Symposium on Contemporary Photonics Technology(CPT2003). 59-60 (2003)
• [文献書誌] M.Nakao et al.: "Fabrication of GaAs Hole Array as a 2D-Photonic Crystal and Their Application to Phonic Bandgap Waveguide"Opt.Quantum Electronics. 34. 183 (2002)
• [文献書誌] A.Yokoo et al.: "Emission From Functional-Polymer-Injected Point Defect in Two-Dimensional Photonic Crystal"J.Quantum Electronics. (In press). (2003)
• [文献書誌] 中尾正史 他: "InP基板上自己クローニング3次元フォトニック結晶"2002年電子情報通信学会ソサイエティー大会予稿集. C-4-C-8 (2002)
• [文献書誌] 高橋俊一, 他: "Si基板上自己クローニング3次元フォトニック結晶"第63回応用物理学会学術講演会予稿集. 25a-YA-6 (2002)
• [文献書誌] 宇田和也, 他: "InP基板上自己クローニング3次元フォトニック結晶(2):構造解析"第63回応用物理学会学術講演会予稿集. 25a-YA-7 (2002)
• [文献書誌] 辻綾太郎, 他: "InP基板上自己クローニング3次元フォトニック結晶(3):スペクトル解析"第63回応用物理学会学術講演会予稿集. 25a-YA-8 (2002)
• [文献書誌] 中尾正史: "InP基板上自己クローニング3次元フォトニック結晶(4):発光特性"第63回応用物理学会学術講演会予稿集. 25a-YA-9 (2002)