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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。また、２２年度には、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用いて、シリコンナノ共振器LEDを初めて実現し、室温顕微EL発光測定において、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観測した。
本年度は、この発光増大の起源を検討するため、数値計算に基づく取り出し効率などの解析、時間分解発光測定を行った。取り出し効率・レンズ結合効率の見積りと実験における検出光強度増大比から、ナノ共振器LEDではナノビーム型LEDに比べて５倍程度の発光効率の改善が生じている可能性があることがわかった。また、シリコンナノ共振器LEDの時間分解発光測定から、低バイアス時のキャリア寿命が数nsであり、非発光再結合過程で決まっていること、高バイアス時には時定数の長い過程が観測されることなどが明らかとなった。またシリコンナノ共振器LEDの100MHz直接変調を実現した。
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