2015 Fiscal Year Annual Research Report
III-V CMOSフォトニクスによる光電子融合集積回路基盤技術の構築
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26709022
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
竹中 充 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20451792)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光電子融合集積回路 / 光デバイス / トランジスタ / CMOSフォトニクス / 化合物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
III-V-OIウェハ加熱時に発生するボイドの抑制手法の研究を進めた。ボイドは貼り合わせ界面から発生する水起因のデガスが要因と考えられる。このことから、III-V層を貼り合わせ後、パターニングをしてガスが抜けるためのトレンチを形成した。幅や間隔の異なるトレンチを形成して、ボイドの発生密度を調べたところ、トレンチの間隔を50umにすることでボイド密度を1/100以上低減可能であることが分かった。
また低抵抗接合形成プロセスの研究も進めた。InGaAsP上にNiを堆積後、アニールすることでNi-InGaAsP合金が形成されて、i-InGaAsP層に対しても良好なオーミック接触が実現可能であることを見出した。これにより、イオン注入を用いずn+-InGaAsP層に相当する合金層が低温で形成可能となった。SOGからのZn拡散プロセスと組み合わせることで、イオン注入を用いず500度以下のプロセス温度で低抵抗PIN接合の形成に成功した。
導波路型InGaAs受光器に関しては、グレーティングカプラとの一体集積化を進めた。EB描画を用いることで、設計通りのグレーティングカプラの作製に成功し、III-V-OI基板上で初めて、InGaAs受光器との集積化に成功した。InAlAs層をコンタクトメタルとの間に挿入することで、暗電流の大幅な低減にも成功した。
量子井戸インターミキシングを用いたアクティブ・パッシブ集積化技術の研究も進めた。これまでに研究により、3keV以下の注入エネルギーでリン原子をイオン注入することで、薄膜III-V層においても100nm以上のバンドギャップ波長シフトが得られることを明らかにした。同様の手法をIII-V-OI基板に適用し、同様に100nm以上の波長シフトを得ることに成功した。
また空乏型変調器の理論検討も進め、Siと比較して変調効率を4倍向上可能であることを明らかにした。
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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
III-V-OIウェハのボイド抑制手法が明確になると同時に、低温プロセスで低抵抗PIN接合をIII-V-OIウェハ上に形成可能となった。これにより効率の高いキャリア注入光素子の作製が可能となった。InGaAs受光器はグレーティングカプラとの一体集積に成功して、集積度向上に向けた研究が進展しつつある。またアクティブ・パッシブ集積可能なプロセスも確立されつつある。また空乏型光変調器の研究も進めて、極めて有望であることが数値計算で明らかになった。
当初の計画に沿って、順調に研究は進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高品質な貼り合わせIII-V-OI基板を実現することを検討する。これまでAl2O3を貼り合わせ界面層としてIII-V-OIウェハを作製してきたが、Al2O3はボイド発生の要因になることが分かっている。また高温加熱時は界面特性が劣化する問題がある。新たな界面層の検討や酸素プラズマを用いた貼り合わせ手法との比較を進めることで、より多くのプロセスが適用可能なIII-V-OIウェハの実現を目指す。
また化合物半導体中におけるキャリア誘起屈折率変調や吸収変調の理論的考察を進め、もっとも優れた変調器構造を明確にすることも重要と考えられる。
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| Causes of Carryover |
外部に結晶成長したエピタキシャル基板を発注することを検討していたが、従来依頼していた企業からのエピ基板の品質に問題があることが判明して、再度業者と成長基板品質の向上が可能かの議論を進めており、発注が年度内にできなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
引き続き業者と品質改善に関する打ち合わせを行うとともに、別の業者への発注も検討を行い、InPエピ基板の発注を進める。
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[Presentation] Si上異種半導体集積によるCMOSフォトニクス2016
Author(s)
竹中 充, 金 栄現, 韓 在勲, 亢 健, 一宮佑希, 程 勇鵬, 朴 珍權, 金 相賢, 高木信一
Organizer
電子情報通信学会SDM研究会・応用物理学会シリコンテクノロジー分科会共催研究集会
Place of Presentation
機会振興会館（東京都港区）
Year and Date
2016-01-28
Invited
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[Presentation] CMOS photonics technologies based on heterogeneous integration of SiGe/Ge and III-V on Si2015
Author(s)
M. Takenaka, Y. Kim, J. Han, J. Kang, Y. Ikku, Y. Cheng, J.-K. Park, S.-H Kim, and S. Takagi
Organizer
International Electron Devices Meeting
Place of Presentation
Washington Hilton, Washington D.C, USA
Year and Date
2015-12-09
Int'l Joint Research / Invited
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