2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of GeSn-based NIR sensing devices
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20H02620
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
細井 卓治 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90452466)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | GeSn / 結晶化 / 赤外線光学素子 / CMOS / センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゲルマニウム（Ge）は間接遷移型半導体であるが、スズ（Sn）の添加や引張歪みの印加により直接遷移型にエネルギーバンド構造が変調し、また電子・正孔共に有効質量も減少すると理論予測されていることから、GeSn半導体は近赤外光学素子及び超高速CMOS論理回路に応用可能な材料として期待されている。一方で、Ge中でのSn固溶限が1%と極めて低く、またSnの格子定数はGeよりも15%大きいために、高品質かつ高Sn組成のGeSn単結晶の形成は極めて難しい。研究代表者は、アモルファスGeSnの局所溶融による固液界面からの液相成長により、石英基板上での高品質GeSn単結晶の形成に成功している。本研究では、GeSn単結晶液相成長技術をさらに発展させ、結晶欠陥・不純物を極限まで低減した高品質GeSn形成、そしてSn組成傾斜をつけたGeSn横型ダブルへテロ構造の作製に取り組む。
本年度は、GeSn液相成長技術の汎用化・高度化のためにレーザー溶融結晶化に取り組んだ。ワイヤ状に加工したアモルファスGeSn層に対して、細長い楕円状に整形したレーザー光（波長808nm）を走査して、ワイヤの端から端までmmオーダーで結晶化することに成功した。また、顕微ラマン分光、顕微フォトルミネッセンスから、レーザー結晶化により形成したGeSn単結晶層は、これまでのランプ加熱装置を用いた液相成長GeSn層と同等の結晶性を有することを確認した。さらに、試料裏面からのレーザー照射の方が良質なGeSn層が実現できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高品質GeSn単結晶形成のキープロセスであるレーザー結晶化に成功し、さらに裏面照射の方が優れた結晶が得られるという新たな知見も得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
GeSnレーザー結晶化技術のさらなる高度化に取り組む。本年度は試料のパターン（GeSnワイヤの幅や密集度）によってレーザー照射条件を変えて結晶化を行ったが、様々なパターンを基板の任意の位置で形成できる手法を構築する。また、GeSnワイヤ両端からの結晶化によるGeSn横型ダブルヘテロ構造の作製に取り組む。
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