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2010 年度 実績報告書

フォトニックナノ共振器を有するシリコンLEDの実現とその高効率化

研究課題

研究課題/領域番号 21686031
研究機関東京大学

研究代表者

岩本 敏  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40359667)

キーワードナノ共振器 / 発光ダイオード / フォトニック結晶 / シリコン / ナノビーム構造
研究概要

シリコンフォトニクス技術において、高効率光源の実現は大きな課題であり様々な研究が進められている。しかし最も基本的材料である結晶性シリコンについては、間接遷移という理由からその候補としては深く検討されてこなかった。本研究では、フォトニックナノ共振器を有するシリコン発光ダイオード(シリコンナノ共振器LED)の実現と、輻射場制御を利用した高効率化を目指している。21年度には共振器を含まないフォトニック結晶構造を有するシリコンLEDの作製に初めて成功すると共に、検出発光強度の増大を実現した。本年度は、ナノ共振器構造を有するシリコンLEDを初めて実現した。共振器部分に効率的に電流を注入するために、ナノビーム型一次元フォトニック結晶ナノ共振器構造を採用した。また、放熱特性の観点から、エアブリッジ型ではなくシリコン酸化膜上に形成されたナノ共振器構造を用いた。作製したナノ共振器LEDについて、室温における顕微EL発光測定において、共振器モードに起因する明瞭なピークを観測することに成功するとともに、フォトニック結晶構造を有しないナノビーム型LEDに比べて検出光強度の大幅な増大を実現することができた。また、注入電流の増加に伴って、共振器ピーク波長の短波長シフト、発光強度が飽和する現象が観測された。これは注入された余剰自由キャリアによる効果と考えられる。更に電流値を増大させると、共振器波長は長波長シフトを示した。これは試料の温度上昇に起因すると考えられる。現在は、シリコンナノ共振器LEDの基礎特性・物理を解明するため、時間分解発光測定などの実験を進めている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Enhancement of Light Emission from Silicon by Utilizing Photonic Nanostructures2012

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Iwamoto, Yasuhiko Arakawa
    • 雑誌名

      IEICE TRANSACTIONS on Electronics

      巻: E95-C(招待論文) ページ: 206-212

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of cavity mode volume on photoluminescence from silicon photonic crystal nanocavities2011

    • 著者名/発表者名
      S.Nakayama, S.Ishida, S.Iwamoto, Y.Arakawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 98 ページ: 171102-1-171102-3

    • 査読あり
  • [学会発表] シリコンフォトニック結晶ナノビーム共振器の室温時間分解発光測定2012

    • 著者名/発表者名
      中山茂、岩本敏、加古敏、都木宏之、石田悟己、荒川泰彦
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会、15a-GP1-2
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-03-15
  • [学会発表] 一次元フォトニック結晶ナノ共振器を用いたシリコンLED2011

    • 著者名/発表者名
      中山茂、岩本敏、加古敏、都木宏之、石田悟己、荒川泰彦
    • 学会等名
      第16回シリコンフォトニクス研究会,p-22
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] Enhancement of Light Emission from Silicon by Photonic Crystal Structures2011

    • 著者名/発表者名
      S.Iwamoto (invited), S.Nakayama, S.Ishida, Y.Arakawa
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Photonics and Electronics Convergence, E-2
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] Silicon LED with one-dimensional photonic crystal nanocavity2011

    • 著者名/発表者名
      S.Nakayama, S.Iwamoto, S.Kako, S.Ishida, Y.Arakawa
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Photonics and Electronics Convergence, P-44
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-14
  • [学会発表] Enhanced light emission from silicon with photonic nanostructures2011

    • 著者名/発表者名
      S.Iwamoto (invited), Y.Arakawa
    • 学会等名
      International Photonics ans OptoElecrtonics Meetings, OEDI-43
    • 発表場所
      中国・武漢
    • 年月日
      2011-11-04
  • [学会発表] Demonstration of silicon nanocavity LED with enhanced luminescence2011

    • 著者名/発表者名
      S.Nakayama, S.Iwamoto, S.Kako, S.Ishida, Y.Arakawa
    • 学会等名
      2012 International Conference on Solid State Devices and Materials, I-8-2
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2011-09-30

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公開日: 2013-06-26  

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