2013 Fiscal Year Annual Research Report
直接遷移バレーへの電子注入による室温動作近赤外ゲルマニウムレーザーの開発研究
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25246021
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安武 裕輔 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (10526726)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / レーザー / 直接遷移 / 電子制御バレートロニクス / 量子カスケード類似構造 / 熱い電子 / バレー間フォノン散乱 / 直接バレー電子注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、間接遷移半導体であるゲルマニウムの「直接遷移」を利用した新原理にもとづく室温近赤外レーザーの開発を目指す。これにより歴史的難題であった間接遷移攻略を達成するとともに新分野「電場制御バレートロニクス」の開拓を模索する。ゲルマニウムは室温の直接遷移発光が光通信帯波長をカバーし、CMOSプロセス適合性と移動度の高さからチップ搭載・光電子ハイブリッド集積への最短距離に位置している。ここではゲルマニウム直接遷移バレーへの電圧制御による効率的な電子注入法の確立を目標に、バレートロニック量子カスケード類似構造をベースとした非平衡電子のバレー間結合による電場ヒーティングの可能性を比較検討する。平成25年度では無歪ゲルマニウム(Ge)とシリコン上のゲルマニウム(Ge-on-Si)を用いて光学特性評価によって直接バレー関与の同定と電子励起過程の追跡を行った。スピン敏感円偏光測定と蛍光寿命の成分解析を用いたスペクトル分解から直接バレー蛍光と間接蛍光を明瞭に分離できた。また電流注入下で光励起蛍光を計測し、間接から直接バレーへのバレー間フォノン散乱過程を調べた。その結果、電場加速によるバリスティック電子発生と同程度の熱い電子の分布を光励起のみによって励起可能であることを新たに見いだした。さらにこれらの電子がインパクトイオン化、アバランシェ過程、絶縁破壊などを通じて脱励起する過程を抑制するための構造として量子カスケード類似構造を検討し、電場制御バレートロニック制御にもとづく直接バレー電子の注入法を提案した。
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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
年度途中で実験装置の不具合により４ヶ月の研究期間延長が発生したものの、内容的にはほぼ計画どおりに電場下の直接バレー電子注入に関する知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果をもとに直接バレーを起源とするゲルマニウムにおける光利得発生の検証とそのための構造設計ならびに利得の評価を強力に推進する。予備検証としてフェムト秒領域において光通信波長帯の利得が発生が示唆されており、電場下の疑似連続励起によっても利得が発生可能なことの検証を目指す。この際、従来看過されてきた低温環境の優位性を駆使するとともに光閉じ込めの観点から利得発生に有利な導波路、共振器構造の導入を試みる。さらに円偏光励起の結果にもとづいてスピン分極誘導放出光発生などスピン自由度とレーザの機能を結合することを試みる。このためにはさらにバレー間散乱とスピン関与物性の知見を集積をする必要があり、当初計画に加えてこれらの研究を精力的に推進する。
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[Presentation] Bulk Ge revisited: Toward group-IV interband laser2013
Author(s)
S. Fukatsu, Y. Terada, S. Hayashi, and Y. Yasutake
Organizer
The 3rd International Symposium on Photonics and Electronics Convergence -Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems
Place of Presentation
ENEOS Hall Komaba Research Campus, 東京都目黒区
Year and Date
2013-11-18 – 2013-11-20
Invited
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