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本研究では、波長が1.7 - 2.5ミクロンの近赤外光の長波長域(long near-infrared: LNIR)で動作するSi上Ge受発光素子を開発することを目的とする。具体的には、1%を超える引っ張り格子ひずみ導入により、Geの直接遷移禁制帯幅を減少させ、LNIR域の高効率受発光素子への応用を目指す。
平成26年度は、前年度までに作製プロセスを確立してきたSi/Geの二層構造からなる片持ち梁構造とGe単層の片持ち梁構造を作製した。作製した片持ち梁構造へ、マイクロプローブを用いて機械的な曲げ=格子ひずみを導入した状態で、顕微フォトルミネセンス測定により発光特性を評価した。二層構造では、0.5%程度の一軸性ひずみの印加で構造が容易に破断し、発光の長波長化はほとんど生じなかった。一方で、Ge単層の片持ち梁構造では、2%程度の一軸性ひずみの印加でも破断が生じず、フォトルミネセンス測定において、発光ピークが1.6ミクロン程度から1.85ミクロン程度まで長波長化することを実証できた。梁構造中へフォトニック結晶共振器を作製した構造の作製も行い、発光の長波長化(1.8ミクロン)を確認した。発光増強(明確な共振ピークの観測)には一層の作製精度向上が必要であった。なお、梁構造のような中空構造では、励起光の照射によって容易に昇温し、最悪の場合、Geが大気中で酸化され、消失(恐らくGe-Oとして蒸発)した。デバイス応用においては熱伝導の制御が極めて重要であることを示唆している。
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