2013 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 Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 靖彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 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1.7-2.5ミクロンの近赤外光の長波長(long near-infrared: LNIR)域で動作するSi上Ge受発光素子を開発することを目的とする。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0.6 eV: 波長2ミクロンに相当)させ、LNIR域の高効率受発光素子への応用を目指す。
平成25年度は、Ge/Siの二層構造からなる片持ち梁構造に加えて、Ge単層の片持ち梁構造を作製した。機械的な曲げによって梁構造の根元に原理上は1%を超えるひずみを印加できるが、Ge/Si二層構造では容易に破断する問題があった。GeとSiで弾性定数(特にポアソン比)が異なることに原因があると考え、Ge単層からなる梁構造を作製した。SOI(Si-on-insulator)ウエハ上へGeを結晶成長し、電子線リソグラフィーあるいはフォトリソグラフィーによりパターン形成を行った。TMAH溶液によるSiの選択エッチングとH2O2溶液によるGeの選択エッチングを行うことで、Ge単層の梁構造を実現した。マイクロプローバを用いて機械的な曲げ=ひずみを導入したところ、破断が抑制できることが明らかとなった。今後は、顕微フォトルミネセンス測定により、LNIR域まで発光波長が長波長化することを実証していく。さらに、Ge単層からなる両持ち梁構造の作製を行った。両持ち梁構造では、梁の中央部に狭窄部分を作り込むと、外部応力の印加なしで狭窄部に1%以上の引っ張りひずみを導入できる。上記と同様なプロセスにより両持ち梁構造が実現できることが確認された。今後はフォトニック結晶共振器を狭窄部に作り込み、発光の増強をはかる予定である。平行してGe-pin構造(プレーナ構造)のプロセスを進めた。従来のフォトダイオードと同等以上の特性が得られることを確認した。上記梁構造との一体化を進める。
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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
目標としていた1%を超える引っ張り格子ひずみの導入がほぼ可能となった。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単層の片持ち梁構造(および両持ち梁構造)を採用することで梁構造の破断を抑制することが可能となった。Ge単層構造を用いて、LNIR域まで発光波長が長波長化することを実証していく。また、フォトニック結晶共振器を梁構造に作り込み、発光の増強をはかる予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の予想よりも主に旅費の支出が減った(航空券の早期手配による低価格化や学内行事のための出張期間の短縮など)ため次年度使用額が生じた。
Ge結晶成長に必要となる消耗品購入や学会発表旅費に充てる予定である。
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