多孔質ガラス表面上のGe量子構造創製と光電子融合素子への応用

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本研究では、ガラス基板へナノ多孔層を導入し、それを利用した半導体量子ナノ構造形成技術の創出を目指している。具体的には、ガラス基板表面に、溶液エッチングによって階層的にサイズが変化するナノ多孔層（HNL）を形成し、その上にアモルファスGeを堆積後、結晶化アニールを行うことで、Geナノ結晶をHML内に形成し、その発光特性評価を進めてきた。昨年度までに、HNLによってGeナノ構造が形成され、それが強い発光を実現していることを示した。今年度は、さらにその発光強度の増加と発光ピーク制御を目指し、ガラス基板のマイクロ構造加工による光共振器構造の形成を試み、その発光特性を調べた。まず光閉じ込めと光共振が生じるかどうかの確認として、Si上のGe単結晶薄膜をマイクロブリッジ（以下MB）構造に加工し、その発光特性を調べた。ドライエッチングによって上部Geと下部のSi基板の一部までエッチングし、その後KOHによる選択エッチングによってGeブリッジ部分の下部のSiを除去することで、完全浮遊型のMBを完成させた。ブリッジ幅を数μmから数十μmまで変化させた各MB構造のフォトルミネッセンス（PL）を室温にて測定した。MB加工によって飛躍的に発光強度が増大すると共に、1.5～2μmの領域で強い共振ピークが複数確認された。そのピーク周期はブリッジ幅に対応していることも確認され、ブリッジの側壁での反射による共振が生じ、発光強度増大につながっていることが示された。これらの知見を生かし、Geナノ構造を有するHNLガラスのMB加工を試みた。その結果、良好なMB構造がHMLガラス基板上に形成され、発光強度の大きな増加が得られた。しかしながら、Ge薄膜MBと比較して、急峻な共振ピークは見られず、ガラスの低い屈折率やブリッジ側壁のラフネスなどの影響による低反射率が要因であることを示唆する結果と言える。