| 研究課題/領域番号 |
15H05735
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
納富 雅也 東京工業大学, 理学院, 教授 (50393799)
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| 研究分担者 |
舘野 功太 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (20393796)
小野 真証 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 研究主任 (80728197)
滝口 雅人 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 研究主任 (90728205)
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| 研究期間 (年度) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| キーワード | フォトニック結晶 / プラズモニクス / ナノワイヤ / グラフェン / ナノマテリアル / ナノフォトニクス |
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| 研究実績の概要 |
・昨年度、ナノワイヤ誘起フォトニック結晶共振器の光励起によるレーザ発振を達成したが、今年度から成長中にPIN構造を作りこんだナノワイヤを用いて、ナノワイヤの電流注入光デバイスへの応用を目指した研究を開始し、電極形成まで含めたデバイス作製プロセスを確立した。その成果として、PIN接合を持つ単一のナノワイヤによる発光ダイオード動作を達成した。
・本計画では、化合物半導体以外のナノワイヤへの展開を図ることになっており、昨年度より紫外域に発光を持つZnOナノワイヤとSiNフォトニック結晶による共振器形成の研究を開始した。今年度は同構造で期待する共振器モードが形成されたことを実験的に実証し、ACS Photonics誌に論文発表した。また、さらにそこで問題となった光閉じ込め係数の低下を解決するために、円形ディスク型のフォトニック結晶構造を提案し、この構造でZnOナノワイヤ誘起SiN共振器の特性を大幅に向上できることを理論計算により見出し、Optics Letters誌に論文発表をした。
・さらに新材料展開をめざした研究として、可視光域に発光波長を持つ鉛ペロブスカイト（CsPbBr3）ナノワイヤを用いたSiNフォトニック結晶上にナノワイヤ誘起共振器形成を実証した。結果は国際会議に発表した。
・また、相変化材料としてよく知られているGST膜をシリコンフォトニック結晶導波路上に装荷することによって、相変化によって動的に共振器形成を制御できることを理論計算により見出し、国際会議に発表した。
・昨年度までに作製技術を確立した深サブ波長プラズモニックMIM導波路上に、グラフェンを装荷した構造を作製し、グラフェンの高速な可飽和吸収による非線形応答を観測する光学系を構築し、初期的な結果を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究計画では、ナノマテリアルによるナノフォトニクスの機能化を目指しており、その一つの柱として半導体ナノワイヤ中に様々な機能性を内包させることを目指している。今年度は、その一つの手法として成長中にPIN接合を形成したナノワイヤを用いて、電柱注入構造を実現するプロセスを開発し、初期的な結果として電流注入発光を実現した。また、もう一つの柱としては、新しいナノ材料への展開も計画していたが、今年度は、ZnOナノワイヤおよびペロブスカイトナノワイヤを用いた研究で複数の研究成果が出始め、さらに相変化材料であるGSTを用いる研究も開始した。以上のように、今年度は本科研費研究を開始する際に計画していた機能化に関して、重要な進捗と成果が得られており、着実な進展があったと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
・今年度開発したナノワイヤによる電流注入デバイス形成技術を用いて、色々なデバイス動作を目指す。また、ナノワイヤの光非線形応用も検討する。
・今年度理論提案したナノワイヤ誘起フォトニック結晶ディスク共振器をZnOナノワイヤとSiNを用いて実現することをめざす。
・グラフェン装荷プラズモニックMIM導波路素子については、超高速非線形応答の実験を継続し、その定量的な性能を明らかにし、超高速性および低消費エネルギー性の実証をめざす。
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