シリコンゲルマニウム混晶の異常吸収バンドを利用した「表面」光検出器の開発研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555085
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 深津 晋 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (60199164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷 由加里 (財)ファインセラミクスセンター, 研究員 ; 川本 清 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (40302822)
• Keywords: 基板分離構造(SOI) / 光電子量子検出器 / シリコンゲルマニウム混晶 / 異常光吸収バンド / 格子欠陥 / 不均一幅 / MSM型表面光検出器

Research Abstract

デバイス分野では、基板分離構造(SOI)が低消費電力化と高速化の観点から注目されている。SOI仮想基板層はその厚みが薄いほどよく、今や数ナノメータに迫っている。したがって、本格的な光電子集積回路には、ミクロンオーダにおよぶ深さ領域を活性層や能動領域とする従来の「埋め込み型」光電子デバイスを使うことができない。本研究では、この問題の解決方法として、従来にはない「表面」を活用した光電子量子検出器を提案し、その実現を目指した。
本年度では、表面近傍の電子状態を活用した光量子検出器のプロトタイプ構築を目的とし、近年、代表者らが見出したシリコンゲルマニウム混晶の異常光吸収バンドを利用することを試みた。まず、温度、時間、酸化雰囲気をパラメータとして試料を作製し、光学評価と電子顕微鏡による構造観察を行った。その結果、表面吸収バンドが格子欠陥の導入によって発生することを見出した。また、吸収バンド内に中心波長をもつ短パルスレーザを用いることで吸収飽和とホールバーニングについて検討した。吸収ピーク付近の選択励起下では、スペクトルホールは生じず、むしろバンド全体が減衰する傾向がみられた。この結果は、吸収バンドが不均一幅で拡がっているのではないことを意味する。さらに、酸化制御を通じてスペクトル線幅の狭帯域化を試みた。吸収バンドのピークエネルギーおよびバンド形状はGe組成に依存せず、常に同じ吸収バンドが再現性よく得られることがわかった。これらをもとにSiGe量子井戸を利用して、プロトタイプのMSM型表面光検出器を作製した。表面垂直、平行の2方向に電場を印加した時の光電流を比較したところ、平行電場では吸収バンドのみが観測された。この結果は、吸収バンドが表面近傍で発生することを直接示している。

Research Products

• [Publications] Y.Ishikawa: "Factors limiting the composition window for fabrication of SiGe-on-insulator substrate by low-energy oxygen implantation"Thin Solid Films. 369. 213-216 (2000)
• [Publications] Y.Sugawara: "Field-enhanced Stokes shifts in strained Si_<1-y>C_y/Si(001) quantum wells"Thin Solid Films. 369. 402-404 (2000)
• [Publications] Y.Kishimoto: "Anomalous surface absorption band at 1.2eV in Si_<1-x>Ge_x alloy-based structures"Thin Solid Films. 369. 423-425 (2000)
• [Publications] S.Fukatsu: "Si(Ge)/oxide-based heterostructures and their applications to optoelectronics"Applied Surface Science. 159/160. 472-480 (2000)