| 研究課題/領域番号 |
23K22798
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01528 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 (2024)
大阪大学 (2022-2023) |
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研究代表者 |
志村 考功 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授(任期付) (90252600)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | シリコンフォトニクス / ゲルマニウム / ゲルマニウムスズ / レーザー / スズ / ゾーンメルト |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融し、溶融しなかった固相部分（seed部）との界面から結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。そのために局所液相成長法にレーザー溶融技術を導入し、引張歪みを有するSn添加Ge材料でのレーザーダイオードの試作と動作実証を行う。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融することで結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。
2022年度では赤外線ランプ加熱炉を用いた手法をレーザー光照射を用いたGeSn細線の部分溶融による局所液相成長へと発展させた。さらに2023年度は本手法をシリコン基板上のGeSn細線に適用するために新たに高出力レーザーを用いたレーザーアニールシステムを構築した。Siの熱伝導率は石英に比べ、100倍以上高いため、GeSnを溶融するためには高いレーザーパワー密度が必要となる。そのため、試料へのダメージが懸念される。また、Siの熱膨張係数はGeの値と近いため、引張歪みが低下し、発光効率が低下することが課題となる。
検討の結果、高パワー密度のレーザー照射でも結晶化が可能であることを示すことができた。2段階成長によりダメージを抑制しつつ、Sn濃度を深さ方向に均一化させることが可能となり、PL発光強度はGe基板の35倍に増加した。さらに、下地SiO2膜を厚くすることにより引張歪みを増加できることが判明した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
年度途中に研究代表者の移籍が決まり、移籍後も継続した研究開発を進めるため研究計画を見直したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度から研究代表者が早稲田大学に移籍するが、装置の移設等により継続して研究開発を進める。移籍先ではイオン注入装置を利用できるため、電流注入でのレーザー発振に注力して研究を進める。
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