JP7381839B2 - 透過型偏光制御素子、光アイソレータ、偏光可変光源、および透過型偏光制御素子の製造方法 - Google Patents
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Description
ドレスト光子の理論および実験の詳細については、例えば、Dressed Photons: Concepts of Light-Matter Fusion Technology, Motoichi Ohtsu(Springer, Berlin, Heidelberg, 2014)に記載されている。以下に、ドレスト光子の概要を簡単に説明する。なお、ドレスト光子については未解明な部分も多くあり、ドレスト光子の概要の説明および実施形態の説明には仮説も含まれている。したがって、ドレスト光子の作用による磁気光学効果の原理を断定するわけではない。
<透過型偏光制御素子>
まず、図1Aおよび図1Bを参照して、本開示の実施形態における透過型偏光制御素子、および透過型偏光制御素子を備える偏光可変光源の基本的な構成例を説明する。以下の説明では、透過型偏光制御素子を、単に「偏光制御素子」と称する。
次に、図2Aから図2Cを参照して、室温で偏光制御素子100によって可視光領域における透過光の偏光方向が回転する実験結果を説明する。半導体層10は、間接遷移型の非磁性半導体材料である4H-SiCから形成されている。第1導電型領域12は「p型領域12」、第2導電型領域14は「n型領域14」、第1導電型の不純物は「p型の不純物」である。
次に、図3Aおよび図3Bを参照して、本実施形態における光アイソレータ、および光アイソレータを備える偏光可変光源の基本的な構成例を説明する。
前述した例では、ループ状電極20におけるリング形状部分20rは1個のギャップ20gを有しているが、2個以上のギャップを有していてもよい。
以下に、図5Aから図5Dおよび図6Aから図6Dを参照して、本開示の偏光制御素子の製造方法の実施形態を説明する。以下の実施形態は、半導体ウエハに複数の偏光制御素子を形成し、その半導体ウエハを個片化することによって1つの偏光制御素子を製造する製造方法も含む。
図5Aに示す半導体層10は、以下のように形成された。25mΩcmのn型4H-SiC基板(0001)上に厚さ500nmのn型SiCバッファー層が形成され、n型SiCバッファー層上に厚さ10μmのn型SiCエピタキシャル層が形成された。n型の不純物は窒素(N)であった。n型4H-SiC基板(0001)でのNのドープ量は1×1018cm-3であり、n型SiCエピタキシャル層でのNのドープ量は1×1016cm-3であった。n型SiCエピタキシャル層の表面にp型の不純物としてAlのイオン注入を行うことにより、n型SiCエピタキシャル層の表面は、p型SiC層になった。p型SiC層でのAlのドープ量は、pn接合16近傍において例えば1×1019cm-3であった。Alイオンを活性化するために、1800℃で5分間のアニールを半導体層10に2回行った。
10s1 第1面
10s2 第2面
12 第1導電型領域
14 第2導電型領域
14a 第1サブ領域
14b 第2サブ領域
16 pn接合
20、21、22、23 ループ状電極
20g ギャップ
20r リング形状部分
21g1 第1ギャップ
21g2 第2ギャップ
21r、23r リング形状部分
21r1 第1弓状部分
21r2 第2弓状部分
23c 導電部分
30 近接場光形成領域
40 導電部材
40o 開口
50 駆動回路
52 ワイヤ
54 電源
60 光源
62i、62t、62r、62rt 光
63 偏光ビームスプリッタ
64 偏光子
65 レンズ
66 光検出器
70a 第1偏光子
70b 第2偏光子
80a 第1電極
80b 第2電極
100、110 偏光制御素子
100A、200A 偏光可変光源
200 光アイソレータ
Claims (17)
- 第1面と前記第1面の反対側に第2面とを有し、前記第1面と前記第2面との間に、p型およびn型の一方である第1導電型を有する第1導電型領域、p型およびn型の他方である第2導電型を有する第2導電型領域、ならびに前記第1導電型領域と前記第2導電型領域との間に位置するpn接合を含む半導体層と、
前記第1面上に設けられ、前記pn接合を貫く方向に磁場を形成する電流が流れるループ状電極と、
前記第1導電型領域にドープされ、近接場光を形成する前記第1導電型の不純物が分布する近接場光形成領域と、
を備え、
前記ループ状電極によって囲まれた領域および前記近接場光形成領域を通過する直線偏光の偏光方向を、前記電流に応じて回転させ、
前記ループ状電極は、ギャップを有するリング形状部分を含む、
透過型偏光制御素子。 - 前記pn接合が、前記第2面よりも前記第1面に近い側に位置する、請求項1に記載の透過型偏光制御素子。
- 前記第2面上に開口を備える導電部材をさらに有し、
前記開口の縁によって囲まれた領域は、前記ループ状電極が取り囲む領域直下の前記第2面上の領域の少なくとも一部と重なる、請求項1または2に記載の透過型偏光制御素子。 - 前記ギャップの長さは、前記リング形状部分の長さの25%以下である、請求項1から3のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記リング形状部分の内径は、50μm以上3000μm以下である、請求項4に記載の透過型偏光制御素子。
- 前記ループ状電極は、1巻以上の渦型導体を有している、請求項1から4のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記第1面から前記第2面へ向かう方向から見たとき、前記ループ状電極によって囲まれた前記領域は、前記近接場光形成領域と重複している、請求項1から6のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記半導体層は間接遷移型の半導体材料から形成されている、請求項1から7のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記半導体材料は、SiCである、請求項8に記載の透過型偏光制御素子。
- 前記半導体層は直接遷移型の半導体材料から形成されているである、請求項1から7のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記半導体材料は、ZnOである、請求項10に記載の透過型偏光制御素子。
- 前記ループ状電極は非磁性金属から形成されている、請求項1から11のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 前記半導体層の前記第1面は矩形形状を有し、
前記第1面の2つの辺の各々の長さは、前記第1面に入射する光のビーム径よりも大きい、請求項1から12のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。 - 前記ループ状電極の両端は、ワイヤによって駆動回路と電気的に接続されている、請求項1から13のいずれかに記載の透過型偏光制御素子。
- 請求項1から14のいずれかに記載の透過型偏光制御素子と、
前記透過型偏光制御素子の前記ループ状電極に電気的に接続され、前記ループ状電極を流れる電流を変化させることによって前記磁場を変調する、駆動回路と、
一対の偏光子であって、一方の偏光子は、前記透過型偏光制御素子の光入射側に配置され、他方の偏光子は、前記透過型偏光制御素子の光出射側に配置されており、偏光方向が45°回転した配置関係にある、一対の偏光子と、
を備える光アイソレータ。 - 請求項1から14のいずれかに記載された偏光制御素子、または、請求項15に記載された光アイソレータと、
半導体レーザ素子と、
を備える偏光可変光源であって、
前記半導体レーザ素子から出射される光の波長は、前記半導体層を形成する半導体材料のエネルギーギャップに対応する波長よりも長い、偏光可変光源。 - p型およびn型の一方である第1導電型を有する第1導電型領域、p型およびn型の他方である第2導電型を有する第2導電型領域、および前記第1導電型領域と前記第2導電型領域との間に位置するpn接合を含む半導体層と、
前記半導体層上の第1面上に設けられた第1電極と、
前記第1面の反対側の第2面上に設けられた第2電極と、
を準備する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に順方向電流を流しながら、レーザ光で前記半導体層を照射することにより、近接場光を形成する前記第1導電型の不純物が分布する近接場光形成領域を形成する工程と、
前記第1電極および前記第2電極を除去する工程と、
前記第1面上に、前記pn接合を貫く方向に磁場を形成する電流が流れるループ状電極を形成する工程と、
を含む、透過型偏光制御素子の製造方法。
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