Siナノ結晶分散薄膜を活性媒質として用いたフォトニック結晶の光学的性質

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650337
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 猪熊 孝夫 金沢大学, 自然科学研究科, 助教授 (50221784)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 誠一 金沢大学, 工学部, 教授 (10019755)
• Keywords: シリコンナノ結晶 / 酸化物媒質 / 薄膜 / フォトルミネセンス / フォトニック結晶 / 発光波長制御

Research Abstract

Siナノ結晶(nc-Si)分散薄膜において膜厚方向に結晶サイズ分布の周期的な変調を与え,このDBR構造を利用したFabry-Perot共振器を構成することによってスペクトル幅を20meV程度まで狭くできる。本研究では,さらに光波長オーダの2次元周期構造,いわゆるフォトニック結晶を構成することによる3次元的な光閉じ込めを実現し,より高レベルの放出光モード制御を実現することを目的としている。平成14年度は,前年度の結果と新たに生じた課題を踏まえ,主に次の3課題について研究を行った。
1)フォトニック結晶形成時のエッチング条件の最適化,
2)DBR構造をもつnc-Si分散薄膜に2次元三角格子フォトニック結晶構造を付加.
3)DBR/フォトニック結晶複合構造の発光特性測定.
nc-Si分散薄膜のベースとなるa-SiOx薄膜は,プラズマCVD装置を用い堆積した.成膜後1100℃で1時間の熱処理を行い,膜中にnc-Siを分散生成させた.フォトニック結晶形成時のエッチングプロセスにおいては,エッチングの異方性並びに電子線用レジストとSiナノ結晶分散薄膜の選択比の調整が重要であった。今年度,エッチングガスをCF_<4+>H_2とし条件を最適化することにより,良好なエッチング特性を得られることが明らかになった。ただしこの場合,エッチレートが約1/5に減少してしまい,その回復が今後の課題である。また,DBR/フォトニック結晶複合構造の発光特性に関しては,膜面内への放出光の伝搬が抑制されることが確認された。共振器からの放出光強度の増加に関しては定量的な結論を得るに至っていない。トップリフレクタに金属薄膜を使用していることが損失につながっている可能性がある。

Research Products

• [Publications] A.M.Ali: "Structural and Optical Properties of Nanocrystalline Silicon Films Deposited by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 41・1. 169-175 (2002)
• [Publications] Takao Inokuma: "Controlled Photoluminescence from Silicon Nanocrystals in a Vertical Optical Cavity with Distributed Bragg Reflectors"Physica Status Solidi (b). (発売予定).