共鳴格子を用いたシリコン発光素子の研究

シリコン共鳴構造の設計改良を理論計算により行った.基本モードにおいては格子の周期が加工限界に近いため,加工が困難であった.高次モードに対応した共鳴格子構造を用いることで,加工精度に適した周期を設計した.また,それらの光学応答を解析し,光増幅が可能であることを確認できた.しかし共鳴条件の波長帯域は狭くなる傾向であった.電流が狭い領域に流れる電流狭窄構造を設計した.具体的には,シリコンウエハにサブ波長周期のシリコン共鳴構造を製作するために,熱拡散とイオン注入によるPN接合形成を試みた.PN接合を形成したシリコン基板に加工を行うことで共鳴構造を形成した.電流特性を測定することで,PN接合が形成されていることを確認した.格子の反射特性を測定し,反射特性には,ある程度の共鳴効果が得られていることが示されたが,反射率はあまり高くなかった.電流注入による顕著な発光は得られなかったが,光入射によるPN接合部からの光電流の検出は行えることを再度確認できた.光電流の入射光の方向依存性を調べると,光検出に指向性があることより,共鳴効果が得られていることを確認した.しかし発光現象は現有の測定装置の感度の範囲においては,観測できなかった.この原因として,接合部の面積が狭いために十分な励起がおこなわれていないと考えられた.また,格子断面における細線径が最適でないと考えられた.細線構造のPN接合を形成でき,それらが動作することを受光特性より確認できたことは有意義であり,格子の共鳴効果も同時に確認できており有望であったが,発光については,さらに原子レベルにおけるシリコン格子の状況を明らかにし,発光機構と媒体密度を明らかにする必要がある.

シリコン共鳴構造の設計改良を理論計算により行った.基本モードにおいては格子の周期が加工限界に近いため,加工が困難であった.高次モードに対応した共鳴格子構造を用いることで,加工精度に適した周期を設計した.また,それらの光学応答を解析し,光増幅が可能であることを確認できた.しかし共鳴条件の波長帯域は狭くなる傾向であった.電流が狭い領域に流れる電流狭窄構造を設計した.具体的には,シリコンウエハにサブ波長周期のシリコン共鳴構造を製作するために,熱拡散とイオン注入によるPN接合形成を試みた.PN接合を形成したシリコン基板に加工を行うことで共鳴構造を形成した.電流特性を測定することで,PN接合が形成されていることを確認した.格子の反射特性を測定し,反射特性には,ある程度の共鳴効果が得られていることが示されたが,反射率はあまり高くなかった.電流注入による顕著な発光は得られなかったが,光入射によるPN接合部からの光電流の検出は行えることを再度確認できた.光電流の入射光の方向依存性を調べると,光検出に指向性があることより,共鳴効果が得られていることを確認した.しかし発光現象は現有の測定装置の感度の範囲においては,観測できなかった.この原因として,接合部の面積が狭いために十分な励起がおこなわれていないと考えられた.また,格子断面における細線径が最適でないと考えられた.細線構造のPN接合を形成でき,それらが動作することを受光特性より確認できたことは有意義であり,格子の共鳴効果も同時に確認できており有望であったが,発光については,さらに原子レベルにおけるシリコン格子の状況を明らかにし,発光機構と媒体密度を明らかにする必要がある.