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2009 年度 実績報告書

シリコン上ゲルマニウムエピタキシャル層を用いた1.5ミクロン帯発光素子の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 21360163
研究機関東京大学

研究代表者

石川 靖彦  東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60303541)

研究分担者 志村 考功  大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90252600)
キーワードMBE、エピタキシャル / 半導体物性 / 光物性 / 光源技術 / 微小共振器
研究概要

本研究では、Si基板上にエピタキシャル成長したGe層を用いて電流注入型1.5μm帯発光素子を実現することを目的とする。最終目標は、Si細線光導波路,Si上Geフォトダイオード,Si-MOSFET等とモノリシック集積したSi光・電子集積回路へ応用することである。
Si上Ge層を用いた電流注入型1.5μm帯発光素子実現には、Geの伝導帯「点へ電子を注入し、価電子帯「点の正孔と再結合させることが重要であり、この実現に向けて、エピタキシャル成長によるヘテロ構造作製と評価、微小光共振器を用いたデバイス応用を進める計画である。
平成21年度は、「n-GaAs/i-Ge/p-Si構造,n-i-n-SixGe1-x/i-Ge/p-Si構造の結晶成長」に力点を置き研究を行った。主な成果は以下のとおりである。また、「注入電流-発光強度特性」に向け、温度可変プローバシステムを購入し、立ち上げを行った。
(1)n-GaAs/i-Ge/p-Si構造の成長と評価
伝導帯下端が「点にあるGaAsを電子注入に用いるため、n-GaAs/i-Ge/p-Si構造の形成を試みた。超高真空化学気相堆積(UHV-CVD)法によりGe/Si構造を成長し、さらにこの構造上に分子線エピタキシ(MBE)法によりGaAsを成長することで、GaAs/Ge/Si構造を作製した。鏡面の成長層が得られ、表面粗さは2nm程度まで低減できた。X線回折による結晶性評価を進めており、今後、反位相境界と呼ばれる欠陥の有無等を明らかにしていく。
(2)n-i-n-SixGe1-x/i-Ge/p-Si構造
n-i-n-SixGe1-x/i-Ge/p-Si構造も合わせて検討した。順バイアスを印加すると、i-SixGe1-x層に高電界領域が形成され、加速・高エネルギー化した「-likeな電子をGeに注入できる可能性があり、Si系材料のみで注入発光の実現が期待できる。高Si組成のSixGe1-x層が望まれる。p-Si(001)ウエハ上に、UHV-CVD法により、SixGe1-x/Ge/SixGe1-x構造の作製を行い、約35%のSi組成のSixGe1-x層をGe上に形成することを可能とした。
今後はドーピングが施された構造の作製を進め、注入発光の実現を目指していく。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Germanium for silicon photonicss2010

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ishikawa, Kazumi Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 518

      ページ: S83-S87

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-Infrared Ge Photodiodes for Si Photonics : Operation Frequency and An Approach for the Future2010

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ishikawa, Kazumi Wade
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Journal(掲載決定) 2(印刷中(掲載決定))

    • 査読あり
  • [学会発表] Ge Photodetectors in Silicon Photonics2009

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ishikawa, Jiro Osaka, Kazumi Wade
    • 学会等名
      IEEE LEOS 2009 Annual Meeting
    • 発表場所
      ベレクーアンタルヤ(トルコ)
    • 年月日
      2009-10-06
  • [備考]

    • URL

      http://www.microphotonics.material.t.u-tokyo.ac.jp

URL: 

公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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