ナノクリスタルド-プ光導波路及び次世代フォトニックデバイスの適用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09305021
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 加藤 勇 早稲田大学, 理工学部, 教授 (80063775)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宇高 勝之 早稲田大学, 理工学部, 教授 (20277817)
• Keywords: 半導体ナノクリスタル / 分子線エピタキシャル成長法 / 半導体光機能デバイス / InAs / マイクロ波プラズマCVD / シリコンナノクリスタル / 水素化アモルファスシリコン / 窒化シリコン

Research Abstract

独自に開発した二重管式同軸線路型マイクロ波プラズマ化学気相堆積(MPCVD)装置を用いてシリコンナノクリスタルを内部に含むa-Si:Hナノボール膜を作製し、イオン衝撃が膜質、発光特性に与える影響を検討した。その結果、基板電位を変化させることによりシース電圧が変化し、イオン衝撃エネルギーを制御できることが分かった。また、Siナノクリスタルの生成にイオン衝撃が関係していることをその生成過程を解析することにより明らかにした。他方、コンピュータ制御によりガス流量やガス圧などの精密制御を可能とした上記MPCVD装置の用いて、新たなシリコン系光機能材料を目指してa-Si:HとSi_3H_4からなる多層膜を作製し膜質の評価を行った。作製した多層膜の光学的エネルギーバンドギャップの理論曲線と実験値はよく一致しており、良質な多層膜が作製できた。今後、これらシリコン系材料の新たな機能について検討していく予定である。
高品質化合物半導体ナノクリスタルの、高密度でかつ基板上の所望位置への精密配列制御の基礎的な検討を行った。GaAs基板上に電子ビーム露光(EBX)法によりナノオーダーのディップを形成し、その上に分子線エピタキシャル(MBE)成長を行った。2重交差露光の採用やエッチング条件などの改良の結果、直径約300nm、深さ約20nmのディップの作成が可能となり、その加工基板上にInAsをMBE法により成長し、ディップに位置制御された高さ約25nmのナノクリスタルを得ることができた。その際、ディップのレプリカが現れ、積層化が可能であるなどの知見が得られた。他方、化合物半導体ナノクリスタルが適用される光機能デバイスとして、半導体光増幅器による高効率波長変換デバイス及び多機能光スイッチを検討し、波長変換のための基本的な相互利得変調特性を達成するとともに、光スイッチのデバイス設計並びに作成条件を把握した。

Research Products

• [Publications] 加藤 勇: "Photoluminescennce from a-SFH Nanoball Films Fabricated by Double Tubed Coaxial Line Type Microwave Plasma CVD System"Proceedings of the Tenth International Workshop on the Phisics of Semiconductor Devices. II. 1107 (1999)
• [Publications] 加藤 勇: "QUORITY OF a Si:H/Si_3N_4 MULTILAYER FILMS FABRICATED BY DOUBLE TUBED COAXIAL LINE TYPE MPCVD SYSTEM"第17回プラズマプロセッシング研究会プロシ-ディングス. A2・5. 239-242 (2000)
• [Publications] 加藤 勇: "Fabrication of a-Si:H Film Using H_2/SiH_4 Plasma by Longitudinal Magnetic Field Applied MPCVD System (II)"第17回プラズマプロセッシング研究会プロシ-ディングス. P1-21. 141-144 (2000)
• [Publications] K.Utaka,et al.: "Proposal of versatile multimode interference photonic switches with partial index modulation regions (MIPS-P)"Electronics Letters,. (発表予定). (2000)
• [Publications] K.Utaka,et al.: "Novel wavelength converter using multi modeinterferonce semiconductor optical amphifier (MIWC)"25th European Conference on Optical Communication (ECOC'99). 2-15 (1999)
• [Publications] K.Utaka,et al.: "New structure of multi mode interference photonicswitches with partial index-modulation regions (MIPS-P)"5th Asin-Pacific Conference on Communications 4th Optoelectronies and Communications. C2S4. 469-470 (1999)