| 研究課題/領域番号 |
15H03974
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
山下 兼一 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (00346115)
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| 研究分担者 |
山雄 健史 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 准教授 (10397606)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 電子・電気材料 / 微小共振器 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は有機半導体単結晶を活性層とした微小共振器において、レーザ発振やポラリトンレージングなどのコヒーレント発光現象を発現させ、制御することを目的としている。当初の予定通り、初年度は、TPCO有機半導体における共振器ポラリトン分散特性の精密評価と光励起VCSEL発振の低閾値化の検討を行った。これまでに行っていた発光測定に加え、精密な透過測定を行うことにより、これまでわかっていなかった上枝共振器ポラリトンの分散特性が明らかになった。これにより光子-励起子間の相互作用の強さを示す指標であるラビ分裂エネルギーを定量的に知ることができ、TPCOが持つ大きな遷移双極子モーメントが強く作用していることが明らかになった。以上の成果は、応用物理学会および国際会議ECMEなどで報告しており、現在論文投稿中である。また、VCSEL発振低閾値化の検討としては、約3um以上のTPCO結晶であれば、結晶の底部にのみ高反射率ミラーを用いた構造であってもフラットな上部結晶面との間での共振器作用によりレーザ発振が可能であることがわかり、低閾値化に向けた知見を得た。実際に、共同研究機関において、結晶の上下面に高反射率ミラーを用いたサンプルでは、発振の閾値を10分の1以下に低減できることが示されている。さらに、電流注入型でのレーザ発振素子の試作も開始しており、電流注入効率の向上に向けた素子構造を検討中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画調書通りの実験項目を実施しており、当初の目論見であるTPCO有機半導体結晶の大きな遷移双極子モーメントの効果を実証することができた。VCSEL発振の低閾値化についても重要な知見を得ることができており、デバイス構造の最適化により電流注入型素子に適用可能な低閾値共振器構造が期待できることを明らかにできている。これらの成果は購入したパルスレーザを有効に利用することによって得られた結果である。また、ポラリトンレージングの実現に向けては、結晶厚を100nm前後で精密に制御する必要性があることが理論計算よりわかったため、有機真空蒸着装置を最小限のスペックで購入し、条件最適化を開始している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究としては、予定通り、ポラリトンレージングと電流注入型VCSELレーザの達成に向けた研究項目を実施していく。今年度は、ポラリトンレージングの実現に重要な共振器ポラリトンのエネルギー緩和および凝縮過程を、時間分解フォトルミネッセンスおよび過渡吸収分光にて調べる予定である。この測定は協力関係にある海外の研究機関にて、研究代表者自身が実施する予定である。VCSEL発振については、電流注入構造のより詳細な検討を、主に研究分担者（山雄）によって実施する。
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