Si上に選択エピタキシャル成長したGe層に対するウエハ面内バンドエンジニアリング

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01367
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21050:電気電子材料工学関連
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 石川 靖彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60303541)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: シリコンフォトニクス / ゲルマニウム / バンドエンジニアリング / 直接遷移バンドギャップ / 動作波長制御

研究成果の概要

化学気相堆積法により選択エピタキシャル成長したSi上Ge細線構造に対して、サブミクロン化に伴う「引張格子ひずみの緩和」と「SiNx外部応力膜による引張・圧縮格子ひずみの効率的印加」を適切に使い分けることで、Siウエハ面内でGe直接遷移ギャップを拡大・縮小することに成功した。このウエハ面内バンドエンジニアリングを利用することにより、光通信のC帯（1.530-1.565ミクロン）からL帯（1.565-1.625ミクロン）の波長域で動作するシリコンフォトニクス用Ge光変調器およびGe受光器を実現できる。単一組成のGe（Ge: 100%）のみで広い波長域で動作する光通信デバイスの作製が可能である。

自由記述の分野

シリコンフォトニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義は、Geサブミクロン細線構造中の格子ひずみを適切に変化させることにより、Siウエハ面内でGeの直接遷移バンドギャップを制御することを可能とした点にある。混晶に頼らずに単一組成のGeでバンドギャップの面内制御を実現したことで、異なる波長で動作する光デバイスをSiチップ上に集積する工程を大幅に簡略化することが可能になる。大容量・低電力の光通信デバイスを作製する技術として社会に貢献できる。また、本研究の手法はIII-V族半導体の光デバイスにも適用できるものであり、波及効果も期待できる。