2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of wavelength-tunable narrowband thermal emitters for infrared sensing
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17K14665
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
井上 卓也 京都大学, 工学研究科, 助教 (70793800)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱輻射制御 / フォトニック結晶 / 量子井戸 / GaN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、量子井戸のサブバンド間遷移とフォトニック結晶を利用して熱輻射スペクトルを制御することで、所望の赤外線波長のみで狭帯域に発光し、発光波長を広範囲に変化させられる、波長可変型狭帯域熱輻射光源を開発することを目的としている。
最終年度は、①波長3-5um帯で動作するGaN/AlGaNフォトニック結晶熱輻射光源の高性能化、②単一発光面から波長切替可能な狭帯域熱輻射光源の高性能化、の2つのテーマに取り組んだ。①に関しては、前年度に作製に成功した電圧変調型フォトニック結晶熱輻射光源について、応答周波数特性の評価を行い、波長4umにおいて変調周波数50kHzでの電圧変調動作の実証に成功した。さらに、電極作製プロセスの改良とpドーピング層厚さの調整を行った結果、放射率変調を得るために必要な電圧値を30Vから10Vまで大きく低減することに成功した。一方、②に関しては、昨年度にGaAs/AlGaAs量子井戸を用いて初期実証に成功した2波長切替可能な狭帯域熱輻射光源について、GaN/AlGaN量子井戸を用いた波長3-5um帯での光源設計を完了するとともに、単一発光面から3波長が切替可能な光源の設計が可能であることも数値計算により示すことに成功した。
研究期間全体の成果の位置づけとしては、GaN/AlGaN量子井戸とフォトニック結晶に基づく熱輻射光源の作製プロセスを確立し、これまで未踏波長領域であった波長3-5um帯において、Q値100程度の狭帯域熱輻射ピークの実現と、電圧高速変調動作の実証に成功した。さらに、複数の量子井戸と、1つのフォトニック結晶が有する複数の共振モードを同時に利用することで、単一発光面における波長可変動作の実証に成功した。以上の成果により、所望の赤外波長（波長3-10um）において発光波長を広範囲に変化させる基盤技術が確立されたといえる。
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