2011 Fiscal Year Annual Research Report
革新的ゲルマニウム光電子融合素子の実証とそのシミュレーション技術開発
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21246003
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
白木 靖寛 東京都市大学, 総合研究所, 教授 (00206286)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸泉 琢也 東京都市大学, 工学部, 教授 (00398893)
野平 博司 東京都市大学, 工学部, 教授 (30241110)
瀬戸 謙修 東京都市大学, 工学部, 講師 (10420241)
徐 学俊 東京都市大学, 総合研究所, ポストドクター (80593334)
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| Keywords | ゲルマニウム / フォトニック結晶 / 量子ドット / シミュレーション / 光電子融合デバイス / マイクロディスク / 高誘電率絶縁膜 / 歪み |
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| Research Abstract |
歪みGeチャネルデバイスの集積化へ向けて、微細化に重要となる要素技術の開発を進めた。具体的には、チャネル移動度の高速化として、ガスソースMBEによる結晶高品質化により、3,000cm2/Vsを超える超高移動度を実現し、そのパラレル伝導の解析、結晶構造、転位などの詳細な評価を進めた。さらに低消費電力デバイス化へ重要となる、GOI(Ge-on-Insulator)基板の開発を進め、エピタキシャル成長と張り合わせ技術を駆使することにより、欠陥密度の低い膜厚300nmのGOI基板の作製に成功した。また、一軸歪みGeチャネルデバイスに向け、選択的イオン注入法の開発を継続し、これまでよりもGe組成を大きく向上させた、Ge組成50%に近いSiGe一軸歪みバッファー層を実現した。
さらにSi集積回路における光配線実現へ向けて、SOI(Si-on-Insulator)基板上に、Ge量子ドット/Siの多層膜を形成した後、不純物ドーピングによりp型領域とn型領域を形成し、外部から電流を量子ドット領域に注入可能な構造を作製した。さらにGe量子ドットで生じた発光を閉じ込め、共振させるため、フォトニック結晶微小共振器を作製した。今回は、光が横方向に漏れないように、円柱形状をもつ空気孔を三角格子状に周期的に加工、配置し、未加工の領域を残し、その部分で光を共振させた。具体的には、空気孔3個分の寸法をもつL3共振器構造を採用し、通信波長帯の領域で、高Q値(1500以上)の発光に成功した。
シミュレーション開発として、密度傾斜法を組み込んだデバイスシミュレータを開発し、歪みチャネルデバイスでの移動度計算を行い、実験結果と比較をすることで、構造最適化を進めた。ほぼ理想通りのデバイス特性が得られ、散乱要因などの特定化に有効となる。また、第一原理計算により不純物元素の偏析現象について詳細に調べ、微細デバイスでの低抵抗コンタクト形成に重要な知見を得た。
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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
電子デバイス開発に関しては、まだ微細デバイス移動度評価には達していないものの、別手法(ホール測定)による移動度評価では大幅な移動度増大を達成し、構造の非常に高いポテンシャルを示すことができている。さらに一歩進んだ、GOI構造開発にも成功している。光デバイス開発では、電流注入による高Q値発光を達成している。シミュレーションにおいては、特に電子デバイス開発において進めている不純物極浅ドーピング技術に有用なフィードバックを与える、偏析現象の重要な知見を得ている。これらのことより、本研究は順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえて、基本的には大きな軌道修正はせずに、さらに技術を洗練させていく。電子デバイスに関しては、得られている高品質チャネル構造のデバイス移動度評価に注力し、光デバイスに関しては、シミュレーションに基づいた共振器構造の最適化によりQ値の向上を目指す。さらに、これまでの実験結果をもとに、より詳細なシミュレーションを進め、実験結果の解析につなげる。
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[Presentation] Microstructure Change of Si0.99C0.01 Thin Films Caused by Arsenic-Ion-, Boron-Ion-, and Silicon-Ion-Implantation and Successive Rapid Thermal Annealing Treatment2011
Author(s)
Shigenori Inoue, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Atsushi Moriya, Yasuhiro Inokuchi, Yasuo Kunii
Organizer
7th International Conference on Si Epitaxy and Heterostructures
Place of Presentation
Leuven, Belgium
Year and Date
2011-08-28
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