2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノビーム型光ナノ共振器を用いたゲルマニウムの発光制御とレーザ発振への挑戦
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24686043
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩本 敏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40359667)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / ナノ共振器 / ゲルマニウム / 歪制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゲルマニウムは間接遷移半導体でありながら、そのバンドギャップと直接遷移バンドギャップのエネルギー差が小さいため、シリコンフォトニクス技術で期待される高効率シリコン系発光及び光源を実現できる可能性があることから、近年注目を集めている。本研究では、ナノビーム型フォトニック結晶ナノ共振器を用いて、歪による物性制御とナノ共振器による輻射場制御を融合することにより、ゲルマニウムの直接遷移発光の高効率化を実現することを目指している。
平成25年度には、圧縮性窒化シリコン膜とナノビーム構造を支持するパッド構造を用いることで、高歪ゲルマニウムフォトニック結晶ナノビーム共振器を実現できることを見出した。構造は、圧縮性窒化シリコン膜が堆積されたゲルマニウム薄膜に形成された格子変調型ナノビーム型共振器であり、さらにナノビーム構造をさせるパッド構造が導入されている。ゲルマニウム薄膜の下のSiO2層を除去することにより、パッド部およびナノビーム構造が中空構造となる。このとき、圧縮性窒化シリコン膜の効果で、ナノビーム構造の中央部（共振器部分）に大きな引っ張り歪が誘起される。有限要素法を用いた数値解析の結果、ひずみ量がパットサイズ、窒化膜の歪量で制御できることが分かった。さらに、ゲルマニウムの残留歪を利用した構成では、ナノビームの側壁部に歪の大きい部分が生じてしまうのに対して、本方式では、共振器モードとして光電場が大きくなる位置で歪が最も大きくなることも明らかとなった。これは、本方式では共振器モードとゲルマニウム直接遷移発光のより効率的結合が期待できることを示すものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究ではゲルマニウムナノビーム共振器への大きな歪印加ができることが重要となる。今年度には、窒化シリコン膜とパッド構造を用いて、大きな歪印加が可能となる構造を新たに見出すとともに、その分布が共振器モードとゲルマニウム直接遷移発光の高効率結合を可能にすることも明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に得られてた知見をもとに、窒化シリコン膜とパッド構造を用いら高歪ゲルマニウムナノビーム共振器の作製とその評価に取り組む。そのために、基盤技術としてゲルマニウムナノビーム共振器の形成技術の開発を進めるとともに、窒化シリコン膜堆積試料の試作とその評価を進める。
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| Causes of Carryover |
年度当初には基礎的な実験は行ったものの、年度途中で窒化シリコン膜とパッド構造を用いて大きな歪印加が可能となる有効な構造を新たに見出したため、以降は、その特性の理論的解析を中心に研究を進めた。その結果、ゲルマニウムフォトニック結晶ナノビーム共振器の本格的試作・評価を次年度以降に繰り越したため、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ゲルマニウムフォトニック結晶ナノビーム共振器および歪窒化シリコン膜の形成技術開発に取り組む予定であり、材料費、プロセスガス、光学部品などの消耗費に充当する予定である。
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Research Products
(3 results)
