Fabrication of GeSn wires by local liquid phase crystallization and demonstration of laser diode operation
| Project/Area Number |
23K22798
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
22H01528 (2022-2023)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
|
|---|
| Research Institution | Waseda University (2024)
Osaka University (2022-2023) |
|---|
Principal Investigator |
志村 考功 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授(任期付) (90252600)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
|
|---|
| Keywords | シリコンフォトニクス / ゲルマニウム / ゲルマニウムスズ / レーザー / スズ / ゾーンメルト |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融し、溶融しなかった固相部分（seed部）との界面から結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。そのために局所液相成長法にレーザー溶融技術を導入し、引張歪みを有するSn添加Ge材料でのレーザーダイオードの試作と動作実証を行う。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融することで結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。
2022年度では赤外線ランプ加熱炉を用いた手法をレーザー光照射を用いたGeSn細線の部分溶融による局所液相成長へと発展させた。さらに2023年度は本手法をシリコン基板上のGeSn細線に適用するために新たに高出力レーザーを用いたレーザーアニールシステムを構築した。Siの熱伝導率は石英に比べ、100倍以上高いため、GeSnを溶融するためには高いレーザーパワー密度が必要となる。そのため、試料へのダメージが懸念される。また、Siの熱膨張係数はGeの値と近いため、引張歪みが低下し、発光効率が低下することが課題となる。
検討の結果、高パワー密度のレーザー照射でも結晶化が可能であることを示すことができた。2段階成長によりダメージを抑制しつつ、Sn濃度を深さ方向に均一化させることが可能となり、PL発光強度はGe基板の35倍に増加した。さらに、下地SiO2膜を厚くすることにより引張歪みを増加できることが判明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度途中に研究代表者の移籍が決まり、移籍後も継続した研究開発を進めるため研究計画を見直したため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2024年度から研究代表者が早稲田大学に移籍するが、装置の移設等により継続して研究開発を進める。移籍先ではイオン注入装置を利用できるため、電流注入でのレーザー発振に注力して研究を進める。
|
Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
