2008 Fiscal Year Annual Research Report
超高速集積回路用電流注入型赤外発光素子の試作と原理検証
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20360144
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
中村 有水 Kumamoto University, 大学院・自然科学研究科, 教授 (00381004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 昌弘 独立行政法人情報通信研究機構, 上席研究員 (50183869)
中 良弘 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (30305007)
山本 直克 独立行政法人情報通信研究機構, 第一研究部門新世代ネットワーク研究センター・先端ICTデバイスグループ, 主任研究員 (60328523)
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| Keywords | 発光素子 / 酸化物 / 希土類 / 赤外光 / シリコンフォトニクス / 集積回路 / 酸化珪素 / エルビウム |
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| Research Abstract |
最近、集積回路は高速化が進み、動作周波数は4GHzに達しようとしている。さらなる超高速化のため、現在足かせとなっている電気配線を用いた信号伝送の諸問題を解決する必要が有る。そこで注目されているのが集積回路内における光伝送技術であるが、特に発光素子の開発は未熟な状況である。本研究においては、シリコン基板上に形成可能な薄膜材料、具体的には希土類の一種であるエルビウム(Er)を添加した酸化膜(SiOx)を発光層とする電流注入型発光素子の試作とその原理検証を行う。
今年度(平成20年度)は、電流注入型発光素子の作製と評価を行い、以下の研究成果を得た。
1.電流注入型発光素子の試作
電流注入用のN型及びP型ワイドギャップ層で、発光層であるEr添加SiOxを挟んだ3層構造を作製するため、N型ワイドギャップ材料として酸化スズ(SnO_2)を、P型ワイドギャップ材料として窒化ガリウム(GaN)を用いた。その結果、電流注入により、波長1.5μmでErからの赤外発光を観測することができた。しかるに、現状では直接遷移型であるGaNを用いているため、Erからの赤外発光と共に、GaNからの紫外発光も観測されており、その紫外発光により励起されたフォトルミネッセンス成分も含まれる可能性がある。そこで、この点をさらに検討するために、発光層であるEr添加SiOxの膜厚と電流注入による発光強度との関係を調べたところ、膜厚の薄い領域で発光強度が顕著に増加しており、少なくとも膜厚の薄い領域では電流注入による発光成分が支配的であることが分かった。
2.Er添加SiOx発光層の最適化
上記の電流注入型発光素子の発光層であるEr添加SiOx層に関して、発光強度の最適化を行った。具体的には、光励起による発光強度が、アニール温度、Er濃度、蒸着時の導入ガス種に対して、どのような依存性を示すかを調べた。また、それらの依存性に関する物性的な考察を行うと共に、発光強度が最大となるEr添加SiOx発光層を形成し、上記の電流注入型発光素子に応用した。
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