ワイドバンドギャップ窒化物結晶のフォトリフラクティブ効果
ホログラフィックメモリーの記録媒体にフォトリフラクティブ効果を示す材料を用いると書き換え可能なホログラフィックメモリーが可能になるが、これまでホログラムの長期保存性（メモリー性）や高い記録感度、大きな屈折率変化などホログラム記録媒体として要求されるすべての条件を満足するフォトリフラクティブ材料は得られていない。また書き換え可能な記録媒体に特有の現象である再生時のホログラム消去（再生劣化）の問題も大きな障害となってきた。
従来、記録媒体として盛んに研究されてきたフォトリフラクティブ材料は、強誘電体のニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶である。それはこの結晶が記録媒体として最も重要なメモリー性に優れ、光起電力効果に起因した大きな屈折率変化が誘起できるためである。また、先に述べた再生劣化の問題も、2色の光を用いたホログラムの記録方法（以後「2波長記録」）が提案され、その解決策のひとつが示されている。この方法は、信号光、参照光の他に、ゲート光と呼ばれる第三の光を用いてフォトクロミズムを誘起し、これを用いて再生時にも消えない不揮発性のホログラムを記録するというものである。しかし、LiNbO3自身がもつ小さなキャリア移動度に由来してホログラム形成時間は、数秒から数分と長く、代表的なライトワンス型記録材料であるフォトポリマーなどと比べ記録感度は1/100~1/1000程度の値しかない。近年の定比組成結晶技術の進歩や、ドーパント添加量の最適化などによっていくらかの感度改善がなされているものの、いまだ実用化に十分な感度をもつ記録材料は得られていない。
そこで近年、我々が新しい記録媒体として着目しているのは、ワイドバンドギャップ性を有する半導体結晶である。一般に、GaAsやGaPなどの半導体結晶は、LiNbO3の100倍~1000倍という大きなキャリア移動度をもつため、ホログラム形成速度が非常に速いが、狭いバンドギャップに起因してメモリー性に乏しく、ホログラフィックメモリーの記録媒体には不向きと考えられている。しかし、GaN結晶、AlN結晶などのワイドバンドギャップ半導体は、LiNbO3と同程度もしくはそれ以上の大きなバンドギャップを有しており、熱励起によるホログラム消去が抑制されてメモリー性が劇的に良くなることが期待できる。したがって、これらの結晶は、高い記録感度を持つと同時に高いメモリー性を併せ持つという、従来のフォトリフラクティブ材料にはない優れた特徴を示す可能性がある。しかしこれまでこれらの結晶は、その成長の難しさから高品質で高抵抗な単結晶を得ることが困難であり、長い間フォトリフラクティブ効果は評価されていない。そこで我々は、これら未開の材料であるワイドバンドギャップ半導体結晶（GaN, AlN, etc…）においてフォトリフラクティブ効果を発現させてその特性を評価し、メモリー性と高速応答性を兼ね備えた高性能なホログラム記録材料を開発することを最終目標として研究を行っている。
図：FeドープGaN結晶の2光波混合ゲイン(波長458 nm)
Γp:ゲイン係数、1/τp:格子形成速度
- Takeharu INNAMI, Ryushi FUJIMURA, Masahiro NOMURA, Tsutomu SHIMURA and Kazuo KURODA
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