| 研究概要 |
研究課題ごとに以下の成果を得た。
1.発光機構の解明:シリコンナノ結晶が発光に本質的に関与していることを以下により実証した。
・発光性PSのバンドがシリコン単結晶と同一の構造を維持していることを光電子分光により観測。
・PS中ナノ微結晶におけるフォノン閉じ込めをラマン分光により実証。
・光電子分光により,閉じ込め効果に起因するバンドギャップワイドニングを観測。
・PL発光波長とバンドギャップとの相関を確認。
・PL発光のダイナミクス・偏光メモリ・PL励起スペクトルの挙動に基づいて発光モデルを提示。
2.発光特性の改善:構造と表面終端の制御により発光特性を向上させた。
・構造の均一化と発光効率の大幅な向上が可能な磁界印加陽極酸化法を開発。
・微結晶サイズの制御により,酸化処理なしで発光波長を赤から青まで連続変化する手法を実現。
・発光の効率と安定性に対する表面終端制御の重要性を実証。
・熱酸化後の水蒸気雰囲気アニールによる青色発光の高効率化。
3.シリコン発光素子のデバイスフィジックス確立:LED,光共振器,光導波路など,モノリシック光集積の構成要素技術を固めた。
・PS-LEDの発光機構を解析し,効率を0.05%にまで向上。
・モノリシックシリコン光共振器の作製と動作確認。
・モノリシック埋め込み形3次元シリコン光導波路の作製と動作解析。
・非線形光学効果の観測とシリコン光論理ゲートの動作確認。
4.PSの新規機能:EL発光に関連して,ナノ結晶系に特有の量子的機能を見いだした。
・PSダイオードの発光に伴う可逆的な負性抵抗効果。
・電気/光信号の両者でアクセス可能な双安定不揮発メモリ効果。
・PSダイオードからの冷電子放出の観測とエミッションの効率化と安定化
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