近接場光によるナノ光集積回路の動作方式の解明とその為の半導体微粒子の堆積成長

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450029
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大津 元一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (70114858)
• 研究分担者: 興梠 元伸 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10251662) ; 筒井 一生 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (60188589)
• キーワード: 近接場光 / 光集積回路 / 量子ドット / 光スイッチ / 励起子 / 導波路

研究概要

ナノ寸法の光集積回路を実現するために、次の項目を遂行し、成果を得た。
(1)寸法の異なる半導体量子ドット間の近接場光エネルギー移動を利用した光スイッチを提案した。CuCl量子ドットを試料として紫外域の近接場光分光分析を行い、このエネルギー移動を観測する事ができた。また、我々の開発した量子論的理論モデルによりスイッチング時間を10psと推定した。
(2)光集積回路中のデバイスを作成する方法として、近接場光による化学気相堆積法を開発し、亜鉛、アルミニウムの金属原子のナノ寸法堆積を実現した。また、基板表面と堆積原子との相互作用を検討し、最小の堆積寸法25nmを得た。さらに微小化を実現するための問題点を抽出した。ところでこの方法において、近接場光の非共鳴エネルギー移動のため光子エネルギーの低い青色光を用いても堆積可能であることを見出した。
(3)上記(2)において亜鉛を酸化することにより青色発光体の酸化亜鉛のナノ寸法堆積を実現し、励起子発光を観測した。また、別途作成された酸化亜鉛のナノ微粒子の寸法が50nm以下の場合、発光特性の量子サイズ効果を観察することに成功した。
(4)ナノ寸法の光集積回路と外部の巨視的光デバイスとを接続するためのインターコネクション素子として、プラズモン導波路を提案し作成した。導波特性を評価した結果、スポット径110nmでの導波を確認した。
(5)以上の成果をまとめ、ナノ寸法の光集積回路を実用化するための今後の方針について検討した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kawazoe, K.Kobayashi, J.Lim, Y.Narita, M.Ohtshu: "Direct Observation of Optical ly-Forbidden Energy Transfer between CuCl Quantum Cubes by Optical Near-Field Spectroscopy"Phys. Rev. Lett.. 88・6. 67404(1)-67404(4) (2002)
• [文献書誌] T.Yatsui, M.Kourogi, M.Ohtsu: "Plasmon waveguide for optical far/near field convers"Appl. Phys. Lett.. 79・27. 4583-4585 (2001)
• [文献書誌] T.Kawazoe, Y.Yamamoto, M.Ohtsu: "Fabrication of nanometric Zn dots by nonresonant Near-field optical chemical vapor deposition"Appl. Phys. Lett.. 79・8. 1184-1186 (2001)
• [文献書誌] T.Yatsui, T.Shimizu, Y.Yamamoto, M.Kourogi, M.Ohtsu, G.H.Lee: "Near-field of ultraviolet photoluminescence spectroscopy for evaluating the crystallinity of polystalline zinc oxide"Appl. Phys. Lett.. 79・15. 2369-2371 (2001)
• [文献書誌] G.H.Lee, Y.Yamamoto, M.Kourogi, M.Ohtsu: "Blue shift in room temperature photoluminescence from photo-chemical vapor deposited ZnO films"Thin Solid films. 386・1. 117-120 (2001)
• [文献書誌] M.Ohtsu: "Optical and Electronic Process of Nano-matters"Kluwer Academic Publishers. 334 (2001)