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本研究では光通信用高性能受光素子として、シリコンとインジウムガリウム砒素とのヘテロ接合を有するSi/InGaAs-アバランシフォトダイオード(APD)の実現を目指している。これは、InGaAsで光を吸収し励起された電子がヘテロ界面を透過し、なだれ増倍領域であるSiに注入され、ここで高電界により加速された電子が衝突電離を繰り返すことによって動作する。この構造では、Si/InGaAsヘテロ接合の実現が最も重要な課題であり、本研究期間において、SiとInGaAsのウエーハボンディング手法の確立に向けて検討を進めた。
Siと、InPに格子整合したIn_<0.53>Ga_<0.47>Asとのウエーハボンディング手法を確立するため、まず、エレクトロンサイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ源を用いた、水素または窒素プラズマ処理によりSiおよびInGaAs表面の酸化膜を除去し、同時に表面を活性化した後、空気中に取り出すことなく、そのまま高真空中でのウエーハボンディングを行うことを検討した。しかし、ボンディングに成功する確率が非常に低いため、つぎに、ウエットエッチングにより表面処理をし、その後ボンディングする手法を検討した。その結果、Si-Si、Si-InPのボンディングに成功し、その条件を明らかにした。Si-InPのボンディングは、フッ酸および硫酸により表面を処理し、両ウェハを水中で接触した後、水素雰囲気中で500℃、2時間の熱処理をして行った。なお、真空中でのボンディングの検討に準備した真空マニュピレータは、そのまま熱処理用装置として使用した。
これと平行して、APD構造実現のためのメサエッチなどの素子作製工程の確立を図った。
以上の結果、Si-InP/InGaAs構造を実現し、電気的、光学的特性の測定を開始した段階に至り、SiとInGaAsの直接接合実現の見通しが得られた。今後APDとしての特性の確認に向けた検討を進めることとしている。
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