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High-k/SiGe MOS界面を用いたSiGe光電子集積回路に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J09221
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

韓 在勲  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードIII-V/Si hybrid MOS光変調器 / InGaAsP/Si hybrid MOS構造 / Direct wafer bonding / Wafer-bonded MOS界面 / InGaAsP MOS界面 / SiGe MOS型光変調器 / MOS interface / 高移動度チャネル材料 / SiGe / MOS光変調器
研究実績の概要

High-k絶縁膜を利用した貼り合わせ法を用いて、電子による屈折率の変化が大きいInGaAsPをSOI(Silicon-on-insulator)上に集積することで、InGaAsP/high-k/Siのhybrid MOS(metal-oxide-semiconductor)構造を形成し、そのMOS構造にたまったキャリアによる高効率な光変調器を実現した。このような構造を有する非対称Mach-Zehnder interferometer光変調器を製作し、既存のSi MOS光変調器より5倍くらいの変調効率の向上を実証した。また、InGaAsPがSiよりキャリアによる損失が2倍程度小さいことから、実際変調をする際の光の損失も小さくなると予測し、光の位相をπシフトさせる時、InGaAsP/Si hybrid MOS構造を用いた方が既存のSiより10倍小さいということを明らかにした。これは、変調効率の向上による必要キャリア数の減少と、InGaAsP中のキャリアによる損失が小さくなったことに起因する。よって、このようなInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorを提案し実現したことで、既存のSi光変調器の問題点だった低い変調効率と高い変調損失を一挙に解決できる可能性を示せた。また、このデバイスの性能に直結するMOS界面の特性も示した。貼り合わせキャパシタをコンダクタンス法で測定することで、InGaAsPとSiの界面準位密度を測定したところ、10の11乗/eV/cm^2台の低い値を示せた。張り合わせ構造で良好な界面準位密度を実現したことで、高性能なInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorの実現に成功したといえる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] High-modulation-efficiency InGaAsP/Si hybrid MOS optical modulator with Mach-Zehnder interferometer2017

    • 著者名/発表者名
      J,-H. Han, F. Bouef, S. Takagi, and M. Takenaka
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: arXiv:1702.02245 ページ: 1-43

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of interface trap density of plasma post-nitrided Al2O3/SiGe MOS interface with high Ge content using high-temperature conductance method2016

    • 著者名/発表者名
      J. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 120 号: 12 ページ: 125707-125707

    • DOI

      10.1063/1.4963877

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on void reduction in direct wafer bonding using Al2O3/HfO2 bonding interface for high-performance Si high-k MOS optical modulators2016

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EC06-04EC06

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04ec06

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 貼り合わせ法を用いた高性能InGaAsP/Si hybrid MOS型光変調器2017

    • 著者名/発表者名
      韓在勲、高木信一、竹中充
    • 学会等名
      第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-Efficiency O-Band Mach-Zehnder Modulator based on InGaAsP/Si Hybrid MOS Capacitor2017

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, S. Takagi, and M. Takenaka
    • 学会等名
      Optical Fiber Communication Conference and Exhibition (OFC)
    • 発表場所
      アメリカ、カリフォルニア州、ロスアンゼルス
    • 年月日
      2017-03-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Extremely high modulation efficiency IU-V/Si hybrid MOS optical modulator fabricated by direct wafer bonding2016

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
    • 発表場所
      アメリカ、カリフォルニア州、サンフランシスコ
    • 年月日
      2016-12-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 貼り合わせInGaAsP/Si ハイブリッド MOS型光変調器に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      韓在勲、竹中充、高木信一
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟県新潟市朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 歪SiGe を用いたMOS 型光変調器の変調帯域改善に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      韓 在勲、竹中 充、高木 信一
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京都、目黒区、東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Bandwidth enhancement of Si MOS optical modulators using strained SiGe slab2015

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      ISPEC 2015
    • 発表場所
      東京都、文京区、東京大学
    • 年月日
      2015-11-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement in the modulation bandwidth of MOS optical modulators by using p-SiGe slab2015

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      Asia Communications and Photonics Conference 2015
    • 発表場所
      中国、香港
    • 年月日
      2015-11-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Suppression of void generation in direct wafer bonding for Si high-k MOS optical modulators using Al2O3/HfO2 bonding interface2015

    • 著者名/発表者名
      J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      SSDM 2015
    • 発表場所
      北海道、札幌市、札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-09-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 貼り合せMOS 型光変調器実現に向けたAl2O3/HfO2 界面によるボイド低減手法の検討2015

    • 著者名/発表者名
      韓 在勲、竹中 充、高木 信一
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛知県、名古屋市、名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ後窒化(100)面及び(110)面SiGe MOS界面の比較2015

    • 著者名/発表者名
      韓在勲、竹中充、高木信一
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学、神奈川
    • 年月日
      2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of Al2O3/Si1-xGex MOS interfaces grown on p-Si (100) and p-Si (110) with plasma post-nitridation2014

    • 著者名/発表者名
      Jaehoon Han, Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi
    • 学会等名
      SISC
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 年月日
      2014-12-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ後窒化HfO2/Al2O3/SiGe0.32 MOS界面の電極依存性2014

    • 著者名/発表者名
      韓在勲、竹中充、高木信一
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学、北海道
    • 年月日
      2014-09-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] MOS型光変調器及びその製造方法2016

    • 発明者名
      竹中充、韓在勲、高木信一
    • 権利者名
      竹中充、韓在勲、高木信一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-160229
    • 出願年月日
      2016-08-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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