Eu添加GaNレーザ発振に向けた2次元フォトニック結晶光ナノ共振器構造の検討

DOI Web Site Web Site 被引用文献1件 参考文献8件
  • 岩谷 孟学
    大阪大学 大学院工学系研究科 マテリアル生産科学専攻
  • 市川 修平
    大阪大学 大学院工学系研究科 マテリアル生産科学専攻
  • 村上 雅人
    大阪大学 大学院工学系研究科 マテリアル生産科学専攻
  • 舘林 潤
    大阪大学 大学院工学系研究科 マテリアル生産科学専攻
  • 藤原 康文
    大阪大学 大学院工学系研究科 マテリアル生産科学専攻

書誌事項

タイトル別名
  • Investigation on Suitable Structure for Laser Oscillation in Eu-doped GaN with Two-Dimensional Photonic Crystal Nanocavities
  • Eu テンカ GaN レーザ ハッシン ニ ムケタ 2ジゲン フォトニック ケッショウ ヒカリ ナノ キョウシンキ コウゾウ ノ ケントウ

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説明

<p>III-nitride semiconductors with wide-bandgap energy are promising materials for optoelectronic devices. Particularly, blue and green light-emitting diodes (LEDs) based on InGaN/GaN multi quantum wells are commercially available at present. To realize a highly-efficient red LED, we have focused on Eu-doped GaN (GaN:Eu) and demonstrated GaN:Eu-based LED (maximum external quantum efficiency of 9.2%) with a high output power of 1.25 mW at 20 mA. As a next challenge of GaN:Eu-based optical devices, we have paid attention to fabricate laser diodes (LDs). In this paper, we focus on two-dimensional photonic crystal (2D-PhC) nanocavities with high-Q-factors and extremely small modal volumes as a prominent candidate towards laser oscillation. Based on finite-difference time-domain (FDTD) simulations, photonic band structures of 2D-PhC with hexagonal air-holes, which are suitable for wurtzite crystals, and possibility of laser oscillation of GaN:Eu are investigated. We find that appropriate lattice constants and radii of the air-holes form sufficiently-wide photonic bandgap like the case of circular air-holes conventionally used for cubic crystals. Then, we choose the line-defect cavity (LN cavity), widely used in 2D-PhC LDs, as nanocavity structures, and the Q-factors and material gain thresholds (gth), which are at least required material gain for GaN:Eu lasing, are calculated. We clarify that long cavities show high Q-factors and low gth. For a L6 cavity, the gth is calculated to be 12 cm-1, which is lower than experimentally estimated optical gain of GaN:Eu at room temperature (19 cm-1). This result indicates that appropriate 2D-PhC cavity-design allows laser oscillation of GaN:Eu.</p>

収録刊行物

  • 材料

    材料 69 (10), 721-726, 2020-10-15

    公益社団法人 日本材料学会

被引用文献 (1)*注記

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参考文献 (8)*注記

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