2008 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物半導体とシリコンのモノリシック集積による光マイクロシステムの研究
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19106007
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
羽根 一博 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
胡 芳仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50396545)
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| Keywords | MEMS / 窒化物半導体 / マイクロマシニング / 光集積デバイス / シリコンデバイス |
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| Research Abstract |
シリコンの立体構造およびアクチュエータとGaN系光源をモノリシックに集積することで、高機能で集積度の高い光マイクロシステムを研究した。具体的には、モノリシック製作のために、シリコン基板上のGaN結晶成長において、MBEを用いて直接成長の実験を行って来たが、今回MOCVDによりGaN結晶を成長したシリコン基板をテンプレートとして用いて、MBEにより量子井戸およびLED構造を結晶成長した。製作した結晶は従来と異なり連続で一様な結晶が得られた。またTEM観察より、基板からエピタキシャル成長していることを確認した。また、製作した量子井戸からの比較的強い蛍光発光を確認できた。また、電極を形成し敷居値電圧は幾分高いが、LED特性が得られた。また、電流注入により、PN接合からの発光が得られ、シリコン上のモノリシックGaN-LEDの製作に成功した。製作したGaN-LED/Si基板を用いて、光源とシリコンMEMS構造の一体デバイスを設計し、製作を試みるとともに、製作プロセスの改善と最適化を行った。シリコン流路の冷却構造を備えた光源を設計し、製作した。GaN結晶を成長したシリコン基板に冷媒を流す流路を深堀エッチングで形成した。GaN薄膜状のLEDを製作し、薄膜構造においてLEDの発光を確認した。また、LEDに電流を流し、流路に水を流すことで、LEDの冷却が実現できることを実験的に示すことができた。また、周期可変のGaNレーザ構造を実現するための基礎として、窒化したHfO2薄膜をGaN結晶成長のバッファ層として用いることを提案した。HfNはGaNと格子定数がよく一致する。窒化したHfO2膜の表面にHfNが形成されていることを確認でき、成長したGaNは比較的よい結晶であることが確認できた。シリコン基板をエッチングにより取り除いて、自立したGaN/HfO2膜を製作した。HfO2の結晶化応力により、引っ張り応力の入った自立GaN膜を実現できた。これは提案構造を実現するために有効である。
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