2012 Fiscal Year Annual Research Report
ＧａＮ／Ｓｉハイブリッドフォトニクスの光回路プラットフォームの研究
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24246019
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
羽根 一博 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50164893)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金森 義明 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333858)
佐々木 敬 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60633394)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ウエハ接合 / 光エレクトロニクス / ＭＥＭＳ |
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| Research Abstract |
本年度は，SiフォトニクスとGaNフォトニクスを融合した光回路システムおよび電子回路システムのプラットホーム技術をマイクロマシニング技術により開発することを目的に，ハイブリッド基板の製作を中心に研究を進めた．ウエハの張り合わせのための装置開発を行った．特にポリマーによる張り合わせのための脱泡装置を製作し，脱泡条件を明らかにした．ウエハ張り合わせの方法として，ポリマーによる張り合わせとガラス(SiO2)による張り合わせを試みた．また，張り合わせ後の基板シリコンの除去後の残留応力の影響およびGaN結晶成長のために用いられる緩衝層の残留応力の影響を明らかにし，張り合わせ後の表面研磨についても検討した．
Si基板上にMOCVDで成長したGaN層をSi基板に張り合わせ，GaN側のSi基板をSF6ガスにより全部エッチングする方法を中心に実験を進めた．紫外線硬化ポリマーを用いて第1段階のパターニングを行った．高さを調整した支持部のパターンを形成できた．GaN/Siウエハ接合後，間隙にポリマーを充填する方法で，一様なウエハ張り合わせができることを見出した．また，ガラス接合においては，電子線露光用レジスト材料に用いられるガラス系分子含有ポリマーを用いて接合し，熱処理により十分な接合強度が得られることを明らかにした．それらの張り合わせウエハのSi基板をエッチンングすると，GaN結晶膜の応力が解放され，はがれる場合も見られたが，接合条件の改善で，はがれを抑えることができた．残留応力層であるGaN緩衝層を除去するために，エッチング条件を探索し，ドライエッチングにより除去できた．エッチング後に表面に加工荒れが発生しているので，研磨を行った．これらの研究結果から，本年度の目的はほぼ達成されたと考えられた．
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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
本年度は初年度であるので，SiとGaNのプラットホームの基盤技術を開発のための接合ウエハを開発した．ウエハの接合のために計画した研究内容のほとんどすべてを実施し，目的の接合が行えることを示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は初期の研究計画に従い，研究を進める．具体的には，まずGaN導波路の製作，Si導波路および機能性光回路の製作をそれぞれ別々の基板で実施する．さらにSOIウエハの上層Siよりシリコンフォトニック導波路（カプラー用導波路，バスライン導波路）を製作し，製作後に，初年度に開発した技術によりGaN/Si基板を張り合わせる．張り合わせ後，GaN/Si基板のSi基板をエッチングにより除去し，GaN層をポリマーあるいはガラス層を挟んで形成する．加えてGaN層にさらにパターニングを行い，GaNフォトニック導波路を形成する．このようなSiとGaNの2層の導波路融合光回路を製作するための基礎技術を実現する．
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