希土類元素ドープ半導体ナノ結晶のバンドギャップ制御と高効率発光素子の開発

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本年度は、これまで評価してきたSiナノ結晶とErを含む石英系を用いて実際の光増幅器の作製、評価を行った。まず、信号光を閉じ込め導波させるためには、コア部分の屈折率制御が最も重要な課題になる。この系で屈折率がどのようなパラメータでどのように変化するかは報告されてはいない。そこで埋め込むSiナノ結晶の数、サイズ等のパラメーターによって屈折率がどうのように変化するのかを明らかにした。またRIE(反応性イオンエッチング)装置を用いて導波路形状への加工に最も適した条件を見出した。そして実際に加工した試作品を用いて導波路の光増幅器としての性能評価を行った。その結果外部の励起光の投入パワーが増加するにしたがって信号光は増幅するばかりか、減衰する結果を得た。この損失増加の原因を明らかにするために、パルス励起を行うことで信号光の時間応答を測定した。その結果、パルス励起後、信号光強度が減少しその後回復するのに数百μ秒程かかった。この時間というのは発光時間応答から求められているSiナノ結晶内の電子正孔対の寿命と等しいものである。また、温度を変化させて測定を行ったところ、信号検w)・麌〓砲・・觧・屬氾纏卆宜β仄・燭硫硬抂預言(4)倭瓦・韻犬發里任Δ辰拭・海譴蕕侶覯未・蕁Δ弔泙蝎・嚔ナノ結晶内に生成された電子正孔対が信号光である赤外光を吸収している(自由電子吸収)が損失の原因であることを明らかにした。実用化に向け、この損失原因を排除するために作製条件の熱処理温度を最適化することで、自由電子吸収を妨げられることも確認した。