2023 Fiscal Year Annual Research Report
Lasing of GeSn wires fabricated by local liquid phase crystallization
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22H01528
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
志村 考功 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90252600)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | シリコンフォトニクス / ゲルマニウム / レーザー / スズ / ゾーンメルト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。そのために局所液相成長法にレーザー溶融技術を導入し、引張歪みを有するSn添加Ge材料でのレーザーダイオードの試作と動作実証を行う。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融することで結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。
2022年度では赤外線ランプ加熱炉を用いた手法をレーザー光照射を用いたGeSn細線の部分溶融による局所液相成長へと発展させた。さらに2023年度は本手法をシリコン基板上のGeSn細線に適用するために新たに高出力レーザーを用いたレーザーアニールシステムを構築した。Siの熱伝導率は石英に比べ、100倍以上高いため、GeSnを溶融するためには高いレーザーパワー密度が必要となる。そのため、試料へのダメージが懸念される。また、Siの熱膨張係数はGeの値と近いため、引張歪みが低下し、発光効率が低下することが課題となる。
検討の結果、高パワー密度のレーザー照射でも結晶化が可能であることを示すことができた。2段階成長によりダメージを抑制しつつ、Sn濃度を深さ方向に均一化させることが可能となり、PL発光強度はGe基板の35倍に増加した。さらに、下地SiO2膜を厚くすることにより引張歪みを増加できることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度途中に研究代表者の移籍が決まり、移籍後も継続した研究開発を進めるため研究計画を見直したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度から研究代表者が早稲田大学に移籍するが、装置の移設等により継続して研究開発を進める。移籍先ではイオン注入装置を利用できるため、電流注入でのレーザー発振に注力して研究を進める。
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