2023 Fiscal Year Annual Research Report
多孔質ガラス表面上のGe量子構造創製と光電子融合素子への応用
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20K21009
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤間 卓也 東京都市大学, 理工学部, 教授 (40392097)
藤田 博之 東京都市大学, 付置研究所, 特別教授 (90134642)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / 多孔質ガラス / ナノドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノ多孔層を有するガラス基板を形成し、それを利用した半導体量子ナノ構造の形成と発光デバイス応用を目指した。具体的には、ガラス基板表面に、溶液エッチングによって階層的にサイズが変化するナノ多孔層（HNL）を形成し、その上にアモルファス・ゲルマニウム(Ge)を堆積後、結晶化アニールを行うことで、Geナノ結晶をHML内に形成した。表面エッチングを駆使し、発光特性の深さ方向変化を詳細に調べることで、HNLによってGeナノ構造が形成され、それが強い発光を実現していることが示された。さらにガラス基板のマイクロ構造加工による光共振器構造の形成を試みた。まずはマイクロ構造の最適化として、Si上のGe単結晶薄膜をマイクロブリッジ（MB）構造に加工し、その発光特性を調べた。ドライエッチングと選択ウェットエッチングを組み合わせることで、完全浮遊型のMBを完成させると、室温での発光強度が飛躍的に増大すると共に、ブリッジ側壁反射による共振が生じ、発光強度増大につながっていることが示された。これらの知見を生かし、Geナノ構造を有するHNLガラスのMB加工を試みた結果、良好なMB構造がHMLガラス基板上に形成され、発光強度の大きな増加が得られた。
また、HNLガラス上のナノ構造やアモルファス層を利用することで、貼り合わせによる完全単結晶層のガラス上転写が期待できる。貼り合わせのためには、表面平坦性が極めて重要であり、Geアモルファス層のCMPによる平坦化を進めた。また、貼り合わせ後に、貼り合わせたGe薄膜の下地Siの完全除去のため、レーザーマーカーを利用した下地Siのエッチング手法を確立した。それによって、Geナノ構造とGe単結晶層の貼り合わせが可能となり、ガラス基板上に、高効率発光素子と高移動度トランジスタの融合デバイスの実現に向けた大きな前進ができたと言える。
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