Effects of a photonic nanostructure on light emission of silicon

光子纳米结构对硅发光的影响

• 批准号: 20760198
• 负责人: FUJITA Masayuki
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20760198/
• 关键词: シリコン; 間接遷移型半導体; 発光; 光ナノ構造; フォトニック結晶; 半導体物性; 光物性; 電子・電気材料; 応用光学・量子光工学

We have introduced a photonic crystal (PC) into a silicon (Si) slab to manipulate the light emission. Our study demonstrates that the light extraction is improved by a factor of ~50 in a defect-free PC. In addition, introducing a nanocavity into the PC can enhance the emission by up to a factor of ～300 by improving also the objective coupling and the internal quantum efficiencies. We also found that phonon accumulation in the tiny space will be a key for enhanced light emission in addition to the cavity effect for photons. Finally, we propose and demonstrate the application of high-pressure water vapor annealing (HWA) to Si PC nanocavities for surface passivation. We found that HWA boosts light emission due to the reduction of surface recombination beyond simply using the cavity effect.

我们将光子晶体（PC）引入到硅（Si）板中以操纵光发射。我们的研究表明，在无缺陷的PC中，光提取提高了约50倍。此外，通过在PC中引入纳米腔，还可以提高目标耦合和内部量子效率，从而将发射增强高达~300倍。我们还发现，除了光子的腔效应外，声子在微小空间中的积累也是增强发光的关键。最后，我们提出并证明了高压水蒸气退火（HWA）的应用程序，硅PC纳米腔表面钝化。我们发现，HWA提高光发射由于减少表面复合超越简单地使用腔效应。

项目成果

Reduction of surface recombination and enhancement of light emission in silicon photonic crystals treated by high-pressure water vapor annealing.

高压水蒸气退火处理的硅光子晶体中表面复合的减少和发光的增强。

• 发表时间: 2010
• 期刊: Appl.Phys.Lett.
• 作者: M.Fujita;B.Gelloz;N.Koshida;S.Nods
• 通讯作者: S.Nods

活性層貫通型GaInNフォトニック結晶発光ダイオードの電流注入動作

有源层穿透型GaInN光子晶体发光二极管的电流注入操作

• 发表时间: 2009
• 作者: 北川均;黒川要一;須藤俊英;冨士田誠之;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進

Light emission from silicon in photonic crystal nanocavity

• DOI: 10.1109/jstqe.2008.918941
• 发表时间: 2008-07-01
• 期刊: IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS
• 影响因子: 4.9
• 作者: Fujita, Masayuki;Tanaka, Yoshinori;Noda, Susumu
• 通讯作者: Noda, Susumu

Green GaInN photonic-crystal light-emitting-diodes

绿色 GaInN 光子晶体发光二极管

• 发表时间: 2009
• 作者: M.Fujita;H.Kitagawa;T.Suto;Y.Kurokawa;T.Asano;S.Noda
• 通讯作者: S.Noda

活性層貫通型GaInNフォトニック結晶発光ダイオードの時間分解電流注入発光

穿透有源层GaInN光子晶体发光二极管的时间分辨电流注入光发射

• 发表时间: 2009
• 作者: 北川均;須藤俊英;小暮竜矢;冨士田誠之;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進