2021 Fiscal Year Annual Research Report
On-wafer band engineering for Ge epitaxial layers selectively grown on Si
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21H01367
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
石川 靖彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60303541)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シリコンフォトニクス / ゲルマニウム / バンドエンジニアリング / 直接遷移バンドギャップ / 動作波長制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単一組成のGe（Ge: 100%）に対して格子ひずみ制御により直接遷移ギャップのウエハ面内制御が可能かを明らかにすることを目的に研究を進めている。研究期間内で目標とするバンドギャップの制御範囲は、0.77 eV（初期状態:波長1.61ミクロンに相当）から0.82 eV（1.51ミクロンに相当）とし、光通信のC帯（1.530-1.565ミクロン）とL帯（1.565-1.625ミクロン）のほとんどをカバーする。Ge選択成長層に対して、「(a) 線幅縮小」と「(b) 外部応力膜の併用」による直接遷移ギャップ拡大を検討している。2021年度は以下の成果が得られた。
(a) 細線幅縮小による直接遷移バンドギャップ拡大 化学気相堆積（CVD）装置を用い、Si上Ge細線構造を選択成長により形成した。まず4インチSi(001)ウエハ上に形成したSiO2膜を加工し、[110]方向に沿った細線状Si露出部を形成した。線幅は0.9ミクロンから10ミクロンまで変化させた。次にSi露出部にGeを選択エピタキシャル成長した。走査電子顕微鏡により構造評価を行い、Ge細線構造が形成されていることを確認した。顕微フォトルミネセンスにおいて、細線幅縮小に伴う発光ピークの短波長化（1.57ミクロンから1.54ミクロン）を観測した。バンドギャップ拡大と等価である。バンドギャップ制御に対するコンセプトの妥当性が実証できた。
(b) 外部応力膜の併用による直接遷移バンドギャップの更なる拡大 引張応力を内蔵したSiNxを堆積することでGe細線の幅方向へ圧縮ひずみを印加する予定である。2021年度はプラズマCVD法によりSiNx層の堆積を行った。堆積圧力を適切に制御することにより、引張ならびに圧縮応力を内蔵したSiNx膜の形成を実現した。
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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
当初から予定していた検討を行い、想定通りの結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
コンセプトの妥当性が実証できており、論文化を進める。Ge細線の幅だけでなく、高さも変化させたサンプルを準備し、影響を明らかにする。なお、PL発光ピークの位置は、必ずしもバンドギャップエネルギーとは一致しないため、光吸収特性評価などの他手法による評価も検討する。SiNx外部応力膜をGe細線構造上へ堆積することにより、PL発光ピークをさらに変化できるかを明らかにする。
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