IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2017/02/26

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    小島一信 Kazunobu KOJIMA
    准教授 Associate Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    計測研究部門・量子光エレクトロニクス研究分野
    Division of Measurements, Quantum Optoelectronics
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    ワイドバンドギャップ半導体
    半導体レーザ
    フォトニック結晶
    ナノエレクトロニクス
    Wide bandgap semiconductors
    Semiconductor laser
    Photonic crystal
    Nanoelectronics
研究テーマ
Research Subject
高出力と高効率を両立する新奇光デバイスの創出
Creation of novel optical devices establishing both high output power and high efficiency

研究の背景 Background

窒化ガリウム(GaN)や窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、高効率な白色光源や深紫外光源の実現に欠かすことができません。しかし、これらの固体光源における最大出力は、主に効率ドループ現象によって制限されているのが実状です。したがって、この問題を打破し、高出力と高効率を両立するための革新的な技術が強く求められています。

Wide bandgap semiconductors such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN) and zinc oxide (ZnO) are indispensable to realize high-efficient white and deep ultraviolet light sources. However, the efficiency droop majorly limits the maximum output power of the solid state light sources. Thus, breakthrough technologies to establish both high output power and high efficiency are strongly required.

研究の目標 Outcome

ワイドギャップ半導体と光ナノ共振器を用いて、物質と光の強い相互作用に基づいた新奇光デバイス構造の研究開発を行います。ワイドギャップ半導体では、室温でも励起子が安定して存在できるため、大きな振動子強度が期待できます。また、光ナノ共振器は物質と光の相互作用を加速することができます。本研究は、効率ドループを克服するだけでなく、半導体光デバイスの新しいデザインルールの提案を可能とします。

Novel optical device structures based on strong interaction between matter and light are studied using the wide-gap semiconductors and optical nanocavities. The wide-gap semiconductors give large oscillator strength due to their excitonic features even at room temperature, and the nanocavity accelerates the light-matter coupling. This approach offers opportunities to overcome the efficiency droop in addition to the proposal of a new design rule of optical devices.

研究図Research Figure

Fig. 1 Excitonic reflectance spectra for the three different crystal planes of bulk GaN [1]. The optical polarization of the {0001} is ordinary while that of the other two planes is extraordinary. Fig. 2 Two dimensional photoluminescence (PL) spectra plot of an InAs/GaAs quantum dot (QD) and nanocavity with various detunings [2]. Inset: PL spectrum at the point where the QD and the cavity peak showed anti-crossing. The splitting width was 0.067 nm. Fig.3 Oscillation wavelength dependence of the threshold carrier density of a semipolar InGaN laser diode structure [3].

文献 / Publications

[1] phys. stat. sol. (b) 244, 1853 (2007),
[2] Appl. Phys. Lett. 102, 011110 (2013),
[3] Jpn. J. Appl. Phys. 49, 081001 (2010).