助成研究成果報告書Vol33

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1‐mc ( thgil tnedicnytivitcelfeRkk )I0 k10k cLOTOLOTO0.80.60.40.21000980960940920900880860840820800SiC700       800       900     1000     1100    1200Wavenumber [cm‐1]250050007500k_SphP( cm‐1)GeSbTe/SiCフォノン・ポラリトンの分散関係 ルのシミュレーション結果 100001250015000air ‐ SiCa.GST ‐ SiCc.GST ‐ SiClightline (air)ligthline (a.GST)lightline (c.GST)Vac.SiCa‐GSTc‐GSTSiCSiCや電場増強効果において有利な特性である。 図２ 表面フォノン・ポラリトンの分散関係 2・2 GeSbTe/SiCフォノン・ポラリトン 上記の表面フォノン・ポラリトンに対して共振器構造を形成し、さらにその実効的共振器長を制御するために、カルコゲナイド相変化材料GeSbTeを使用した。GeSbTeは結晶相とアモルファス相がともに室温にて安定であり、レーザ照射によって熱的、非熱的に両相間の可逆的な変化が可能である。熱的過程の場合、溶融・急冷によってアモルファス化、アニーリングによって結晶化がそれぞれ可能である。両相間の複素屈折率のコントラストが非常に大きく、光ディスク記録媒体として広く用いられている。部分的な結晶化も可能であるため、両相の複素屈折率の任意の中間値（重み付け平均値）を得ることができる。 SiC上にGeSbTe薄膜を形成すると、図２の分散関係は図３のように変化する。GeSbTeが結晶相（c）とアモルファス相（a）の場合をそれぞれ描いており、結晶相の方が誘電率が大きいことを反映して、分散関係の変化もより大きくなっている。 図３ GeSbTe/SiC表面フォノン・ポラリトンの分散 関係 このように分散関係が大きく変化することを利用して、図１で示したようにGeSbTeメサ構造を共振器のミラーとして利用する。分散関係の違いを反映して、反射する際の位相変化量が結晶相とアモルファス相の場合で大きく異なる。これは実効的な共振器長をGeSbTeの相によって制御できることを意味しており、共振波長の微調整の手段として利用できる。 2・3 計算機シミュレーション 図２、図３の分散関係は、フォノンのダンピング、ならびにGeSbTeの光吸収を無視した、理想的な状況を想定している。これらを考慮し、SiC、GeSbTeの複素誘電率を用いて計算した分散関係を図４に示す。SiC上にGeSbTeの薄膜を形成することにより、波数の大きな表面フォノン・ポラリトンを励起可能であることがわかった。また、結晶相の方が吸収が大きいため、その効果が限定的であることも確認された。 図４ 複素誘電率を用いて計算したSiC、ならびに 上記をふまえ、SiC上にGeSbTeパッチ構造（反射鏡）を形成したモデル構造に対して、電磁界シミュレーションを行った。パッチ構造のサイズは5m×5m、厚さは80nmである。共振器長は3mとしている。FDTD法を用い、反射スペクトルを計算した結果が図５である。 図５ GeSbTe/SiC共振器構造に対する反射スペクト 1SiCdcdSiCSiC− 325 −