| 研究課題/領域番号 |
15K06018
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
田部井 哲夫 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 特任准教授 (40536124)
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| 研究分担者 |
横山 新 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (80144880)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | シリコン光変調器 / トンネルFET / フォトニック結晶 |
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| 研究実績の概要 |
本研究で提案するシリコン光変調器は位相変調部にトンネル電界効果トランジスタ(TFET)を利用したマッハ‐ツェンダー型であり、0.5V以下の極低電圧駆動を目標としている。平成27年度の数値シミュレーションによる解析によって、TFETはチャネル部の伝導電子密度が10の15乗cm-2程度とあまり高くないことからキャリヤプラズマ効果による屈折率変化によって位相をπシフトするには光変調器の長さを十分長く取る必要があることが分かった。一方でTFETのポリシリコンゲート電極部による光吸収により、変調器を長くしすぎると光損失が急激に増大するジレンマがあることも分かった。
平成28年度はより効率良く光の位相変調が出来る構造を探索することを目標として、フォトニック結晶導波路を用いたTFET光変調器を検討し、スローライト効果によって素子のサイズを小さくすることが可能かどうかを数値シミュレーションにより解析した。数値解析にはOptiwave社OptiFDTD及びWolfram社Mathematicaを利用した。解析の結果、フォトニック結晶導波路を用いることである程度の素子サイズの縮小は可能ではあるが、トランジスタのポリシリコンゲート電極やソース・ドレイン領域による光損失は依然として大きいことが分かった。またソース・ドレイン領域は光導波路のクラッド部に形成されるが、トランジスタの構造上これらを導波路コア部から遠ざけたり、不純物濃度を下げたりして光損失を抑えることは難しい。そのため、更なるデバイス構造の最適化が必要であることが分かった。
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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
当初は平成28年度中にデバイス試作を開始する予定であったが、数値シミュレーションによるデバイス構造の探索をより慎重に行い、デバイス試作は次年度に持ち越すこととした。
本研究で試作するシリコン光変調器は位相変調部がTFETで構成されたマッハツェンダー型である。TFETは通常のMOSFETに比べて電流駆動力が小さいことからキャリヤプラズマ効果による屈折率変化が小さいことが予想されるので、デバイス試作の前にあらかじめ数値解析によりデバイス構造を最適化することが重要である。
平成27年度の数値解析によりデバイス長は数ミリメートル必要であることがわかったが、一方でゲート電極やソース・ドレイン領域が存在することによる光損失のため、伝搬距離が長くなりすぎると光強度が大きく減衰することも分かった。本研究では素子構造の探索が重要な課題の一つと考えていることから、平成28年度も引き続き数値シミュレーションに用いたデバイス構造の探索を行った。フォトニック結晶導波路を用いたTFET光変調器を考案して素子サイズの縮小の可能性を検討したが、より効率の良い光変調器を作製するには更なるデバイス構造の最適化が必要であることが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は、引き続き適切なデバイス構造を探索しつつ、それと並行してフォトニック結晶導波路を用いたTFET光変調器の設計、試作、測定を行う。本研究で提案する光変調器の作製プロセスはMOSトランジスタのものと同じであり、従来のシリコン微細加工技術で行うことができる。基板はSOIウェハを使用し、薄膜形成、リソグラフィー、エッチング等の各半導体プロセス技術は広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所に現有のものを利用する。
実際に作製したデバイスの特性は作製プロセスにおける条件のばらつき等から数値シミュレーションによる予想から大きくずれる可能性が十分にある。測定から問題点の抽出及びその対応策を検討し、試作を繰り返すことによってデバイスの性能向上を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年度中に開始する予定であったデバイス試作を平成29年度から実施する事にしたため、該当年度に予定していた実験や測定に必要な器具の購入を中止した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究費は主に、デバイスの作製や測定時に必要な物品の購入に使用する。以下に購入予定のものを挙げる。①実験用器具：主に石英ガラス製またはテフロン製のビーカーや冶具、ピンセットなど、デバイス作製時に必要な小道具を購入する。これらの道具はクリーン度を考慮して、本研究専用として用意する。②測定用機器：デバイスの電気特性の測定に必要なプローブ用の針など。③その他旅費等
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