2012 Fiscal Year Annual Research Report
格子ひずみ制御によるシリコン上ゲルマニウム受発光デバイスの長波長動作
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24360133
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 靖彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (60303541)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 光物性 / MBE、エピタキシャル / 光源技術 / 電子・電気材料 |
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| Research Abstract |
本研究では、波長が1.7-2.5μmの近赤外光の長波長域(long near-infrared : LNIR)で動作するSi上Ge受発光素子を開発することを目的とする。具体的には、1%を超える引っ張り格子ひずみ導入により、Geの直接遷移禁制帯幅を減少(約0.6eV:波長2μmに相当)させ、LNIR域の高効率受発光素子への応用を目指す。平成24年度は、Si上Ge結晶層(300nm)へ引っ張りひずみ導入するための片持ち梁構造の設計を行うと共に、実際に梁構造を試作し、フォトルミネセンス(PL)測定により直接遷移禁制帯幅の評価を試みた。有限要素法によるシミュレーションの結果、幅・長さがミクロンサイズのSi上Ge梁構造を変形させた際、梁構造の根元部分に0.7%程度の引っ張りひずみが生じることがわかった。梁構造の幅を一部狭くすることにより、引っ張りひずみを1%以上に増大できることも明らかとなった。また、SOI(Si-on-insulator)上へGeを結晶成長し、電子線リソグラフィーおよびエッチングを行うことで、Ge/Si片持ち梁構造を試作した。PL発光スペクトルを評価した結果、1.6ミクロンに直接遷移による発光ピークが観測できた。一方、ひずみ印加による発光ピークの長波長シフト観測には、梁の膜厚方向のFabry-Perot共振を抑制する必要があることもわかった。並行して、プレーナ構造のSi上Ge-pinダイオードを試作し、受光スペクトル測定、アバランシェ増幅による利得特性および過剰雑音特性の基礎実験を行った。
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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
ほぼ当初の予定どおりに研究を進めており、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ge/Si片持ち梁構造の作製および評価を進めるとともに、梁構造の破断を抑制するため、両持ち梁構造の設計・試作を試みる。なお、梁構造の利用に目処が立ったため、SiNx膜を堆積・パターン化する方法は当面検討しない。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品として購入した分光器の納品に時間がかかったため、周辺に用いる光ファイバ等の購入が遅れ、繰越金が生じた。当初の予定通り、光ファイバ等の光学部品(消耗品)の購入に使用する予定である。
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