高効率・高安定シリコンLEDの開発と光集積化

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355015
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 越田 信義 東京農工大学, 工学部, 教授 (50143631)
• 研究分担者: 小山 英樹 東京農工大学, 工学部, 助手 (40234918) ; 菰田 卓哉 松下電工株式会社, 中央研究所, 主査技師 ; 須田 良幸 東京農工大学, 工学部, 助教授 (10226582)
• キーワード: ポーラスシリコン / シリコンナノクリスタル / 量子閉じ込め効果 / 可視発光 / シリコン発光ダイオード / 量子効率 / 光導波路 / シリコン光集積

研究概要

シリコン発光ダイオードの高効率化・安定化を実現し、モノリシック光集積化の基盤を固めることをめざして研究を行なった。今年度において得られた主な成果を以下にまとめる。
(1)シリコンLEDの高効率化と安定化
昨年度に開発した高効率化の方法を発展させ、赤色帯エレクトロルミネセンスの外部電力効率0.4%を達成した。これにより、実用的な効率の発光素子実現の見通しが得られた。
(2)酸化処理なしの発光波長制御
表面酸化処理をせずに,陽極酸化条件の変化の変化のみによって発光帯を緑・青色領域まで制御でき、表面終端によってそれらの発光を増大かつ安定化できることがわかった。
(3)ナノクリスタルの新規機能の発見
発光に関連して見いだした、双安定不揮発メモリ、弾道電子放出、超音波発生など、量子サイズ系に特有と思われる機能をについてさらにくわしい解析を行った。
(4)光集積の要素技術
3次元埋め込み形PS光導波路を設計し、通常では困難な曲がり導波路をモノリシックプロセスによって作製し、特性を評価した。また強励起により、屈折率変化に基づく新しい非線形光学効果が生じることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] H.Shinoda,T.Nakajima,K.Ueno,and N.Koshida: "Thermally induced ultrasonic emission from porous silicon"Nature. 400. 853-855 (1999)
• [文献書誌] N.Koshida,X.Sheng,and T.Komoda:.: "Quasiballistic electron emission from porous silicon diodes"Appl.Surf.Sci.. 146. 371-376 (1999)
• [文献書誌] N.Koshida,K.Ueno,and X.Sheng:.: "Field-induced functions of porous Si as a confined system"J.Luminescence. 80. 37-42 (1999)
• [文献書誌] M.Takahashi and N.Koshida,: "Fabrication and characteristics of three-dimensionally buried porous silicon optical waveguides"J.Appl.Phys.. 86. 5274-5278 (1999)
• [文献書誌] T.Komoda,X.Sheng,and N.Koshida: "Mechanism of efficient and stable surface-emitting cold cathode based on porous poly-crystalline silicon films"J.Vac.Sci.Technol.B. 17. 1076-1079 (1999)
• [文献書誌] X.Sheng,A.Kojima,T.Komoda,and N.Koshida,: "Efficient and ballistic cold electron emission from porous poly-crystalline silicon diodes with a porosity multilayer structure"J.Vac.Sci.Technol.B. 18(in press). (2000)
• [文献書誌] N.Takahashi,Y.Toriumi,T.Matsumoto,Y.Masumoto,and N.Koshida: "Significant photoinduced refractive index change observed in porous silicon Fabry-Perot resonators"Appl.Phys.Lett.. 76(in press). (2000)
• [文献書誌] B.Gelloz and N.Koshida,,: "Electroluminescence with high and stable quantum efficiency and low threshold voltage from anodically oxidized thin porous silicon diodes"J.Appl.Phys.. 87(in press). (2000)