| 研究課題/領域番号 |
18H01470
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
八井 崇 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80505248)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 近接場光 / 波数励起 / 間接遷移半導体 |
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| 研究実績の概要 |
提案者は、近接場光の空間的に非一様な光の場（非一様光場）の特長を活かすことで、従前の光応答では不可能であった新奇かつ有用な光励起が可能であることを実証してきた。伝搬光で動作する現状の光デバイスに対して、非一様光場を動作原理に用いることが出来れば、従来とは本質的に異なる新奇光機能デバイスの創生が期待できる。
具体的な近接場光の特徴の一つとして、光の持つ局在性によって得られる大きな波数成分を活かした波数励起がある。この特性によって、間接遷移半導体であるシリコンにおいて光吸収の高効率化が期待される。
本年度は、横型Si p-n接合デバイスにランダムに金微粒子を配置することで、p-n接合界面に近接場光を誘起するデバイスを作製した。このデバイスの光吸収特性を評価したところ、金微粒子がない場合と比較して、700-1200nm領域において、光吸収特性が40％向上すること確認した。詳細な波長依存性を計測することで、バンドギャップ波長付近（波長1100nm）において、長波長になるに従い、光吸収特性が向上する結果を得た。従来のプラズモン増強を利用した感度増強デバイスでは、プラズモン共鳴波長である600nm付近をピークに感度増強が得られていたが、本結果は、従来のプラズモン増強効果による特性とは異なっており、近接場光誘起による直接遷移の可能性を示唆するものである。また金微粒子の寸法依存性、濃度依存性など詳細な計測を行い、近接場光特有な現象を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
横型Si p-n接合デバイスの作製プロセスの改良により、再現性の高いデバイス作製が可能となった。また、波長特性の評価に関して、より細かい波長分布を調べる計測系を構築した。
上記の改良によってこれによって、これまで観測できなかった長波長帯での光吸収特性を明らかにすることに成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの光吸収特性の評価は、電極を通して計測しているため、基板全体での平均的な評価となっている。そこで、近接場光励起の効果についてより詳細を明らかにするために、顕微マッピング測定系の構築を行う。
さらに、p-n接合における光吸収領域である空乏層を広げる方策として、p-i-n構造を作製することで、デバイスの感度特性向上を図る。
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