On-wafer band engineering for Ge epitaxial layers selectively grown on Si

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01367
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: Ishikawa Yasuhiko 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60303541)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

In a sub-micron wire structure of Ge epitaxially grown by selective-area chemical vapor deposition, the direct gap of Ge is successfully controlled on a Si wafer by appropriately using "relaxation of tensile lattice strain" and "efficient application of tensile or compressive lattice strain by SiNx external stressor". Regarding the Si photonics, this on-wafer band engineering enables Ge optical modulators and photodetectors on Si operating in the C (1.530-1.565 microns) and L (1.565-1.625 microns) bands of optical communications. It is important that the optical devices operating in a wide wavelength range is realized with only a single composition of Ge (Ge: 100%).

Free Research Field

シリコンフォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は、Geサブミクロン細線構造中の格子ひずみを適切に変化させることにより、Siウエハ面内でGeの直接遷移バンドギャップを制御することを可能とした点にある。混晶に頼らずに単一組成のGeでバンドギャップの面内制御を実現したことで、異なる波長で動作する光デバイスをSiチップ上に集積する工程を大幅に簡略化することが可能になる。大容量・低電力の光通信デバイスを作製する技術として社会に貢献できる。また、本研究の手法はIII-V族半導体の光デバイスにも適用できるものであり、波及効果も期待できる。