発表のポイント

・励起子および光子が比較的長い時間存在できる半導体微小共振器を作製。
・室温で共振器モードに結合した励起子ポラリトンを観測。
・反転分布が不要な、超省電力コヒーレント光源への応用が期待。

概要

　夢の超省電力光源として、励起子と光子の連成波（励起子ポラリトン）を微小共振器モードと結合させて用いる共振器ポラリトンレーザの実現が期待されています。東北大学多元物質科学研究所の嶋紘平助教、古澤健太郎助教（現NICT主任研究員）、秩父重英教授は、室温において励起子が安定して存在できる酸化亜鉛（ZnO）単結晶を活性層とするチップサイズの微小共振器を作製し、共振器ポラリトンを室温で観測することに成功しました。共振器ポラリトンは低濃度でも単一のエネルギー状態を占有するコヒーレンシーが高いため、ポラリトンレーザは従来の半導体レーザよりも大幅に低いキャリア濃度でコヒーレント光を発する可能性があります。今回実証した、チップサイズの微小共振器による室温での共振器ポラリトン生成は、室温動作ポラリトンレーザの実現に向けた大きな前進です。
　本研究の成果は2020年8月19日に、米国物理協会（AIP）の科学雑誌Applied Physics Lettersにてオンライン公開されました。
　本研究の一部は、文部科学省「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス」、科研費（22246037、17H06514、19K15453）、キヤノン財団の助成を受けています。
プレスリリース本文（PDF）

参考画像１. トップダウン方式によるZnO微小共振器の作製方法。水熱合成ZnO単結晶基板の片面に、R-HWPS法により誘電体DBRを堆積します。次に、ZnO単結晶基板を研磨により光の波長程度の厚みまで薄膜化します。さらに、研磨した面に誘電体DBRを堆積させることによりZnO微小共振器を作製します。

論文情報：
“Room-temperature cavity-polaritons in planar ZnO microcavities fabricated by a top-down process”
K. Shima, K. Furusawa, and S. F. Chichibu
Applied Physics Letters
DOI：10.1063/5.0011662

関連リンク：
量子光エレクトロニクス研究分野（秩父研究室）
物質・デバイス共同研究拠点「リサーチハイライト」
東北大学