積層方向の極性反転を利用したAlN波長変換デバイスの開発

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15045
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林 侑介 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00800484)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: AlN / 極性反転

研究成果の概要

本研究では、申請者らが開発した積層方向にAlNを極性反転させる技術を利用して、極性反転の物理解明と横モード位相整合波長変換デバイスへの応用を目指した。対面アニールしたスパッタ成膜AlN(FFA Sp-AlN)における極性反転構造について、HAADF-STEMおよびEELSによる解析を初めて行い、酸素濃度分布が極性反転と強く相関していることを確認した。さらに、酸素プラズマ照射や表面クリーニングによりAlN表面の酸素濃度を変調することで極性反転構造を制御する手法を新たに発見した。本研究結果により、垂直極性反転デバイスのコアとなる極性制御を精密に行う上で重要な知見が得られた。

自由記述の分野

結晶成長

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた極性反転構造の観察方法、発生メカニズム、制御方法は、垂直極性反転デバイスの極性・膜厚を精密に制御するうえで重要な知見となる。特に、酸素プラズマ照射や表面クリーニングによりAlN表面の酸素濃度を変調することで極性反転構造を制御する手法は本研究を通じて新たに発見された。さらに、多層弾性膜における熱歪解析手法を開発したことで、導波路デバイスの作製ウィンドウの見積もりと光弾性効果の解析を容易に実現できるようになった。以上の結果により、小型かつ高効率な深紫外コヒーレント光源に向けた要素技術の開発に成功した。