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2014 年度 実績報告書

格子ひずみ制御によるシリコン上ゲルマニウム受発光デバイスの長波長動作

研究課題

研究課題/領域番号 24360133
研究機関東京大学

研究代表者

石川 靖彦  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60303541)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード半導体物性 / 光物性 / MBE、エピタキシャル / 光源技術 / 電子・電気材料
研究実績の概要

本研究では、波長が1.7 - 2.5ミクロンの近赤外光の長波長域(long near-infrared: LNIR)で動作するSi上Ge受発光素子を開発することを目的とする。具体的には、1%を超える引っ張り格子ひずみ導入により、Geの直接遷移禁制帯幅を減少させ、LNIR域の高効率受発光素子への応用を目指す。
平成26年度は、前年度までに作製プロセスを確立してきたSi/Geの二層構造からなる片持ち梁構造とGe単層の片持ち梁構造を作製した。作製した片持ち梁構造へ、マイクロプローブを用いて機械的な曲げ=格子ひずみを導入した状態で、顕微フォトルミネセンス測定により発光特性を評価した。二層構造では、0.5%程度の一軸性ひずみの印加で構造が容易に破断し、発光の長波長化はほとんど生じなかった。一方で、Ge単層の片持ち梁構造では、2%程度の一軸性ひずみの印加でも破断が生じず、フォトルミネセンス測定において、発光ピークが1.6ミクロン程度から1.85ミクロン程度まで長波長化することを実証できた。梁構造中へフォトニック結晶共振器を作製した構造の作製も行い、発光の長波長化(1.8ミクロン)を確認した。発光増強(明確な共振ピークの観測)には一層の作製精度向上が必要であった。なお、梁構造のような中空構造では、励起光の照射によって容易に昇温し、最悪の場合、Geが大気中で酸化され、消失(恐らくGe-Oとして蒸発)した。デバイス応用においては熱伝導の制御が極めて重要であることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Ge-on-Si photonic devices for photonic-electronic integration on a Si platform2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ishikawa and Shinichi Saito
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 11 ページ: 1 - 17

    • DOI

      10.1587/elex.11.20142008

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of excitation light intensity on micro-photoluminescence spectra for Ge: a comparison with Si, GaAs and InGaAs2014

    • 著者名/発表者名
      Naoki Higashitarumizu and Yasuhiko Ishikawa
    • 学会等名
      7th Forum on the Science and Technology of Silicon Materials 2014
    • 発表場所
      アクトシティー浜松(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2014-10-19 – 2014-10-22
  • [学会発表] Narrowing of direct bandgap in Ge induced by micro-mechanical stress2014

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Fujimoto, Tatsuji Kaiwa, Gaku Hodoshima, Sho Nagatomo, and Yasuhiko Ishikawa
    • 学会等名
      33rd Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺(静岡県伊豆市)
    • 年月日
      2014-07-09 – 2014-07-11
  • [学会発表] Si Photonics for Sensing Applications2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ishikawa
    • 学会等名
      2014 CMOS Emerging Technologies Research Symposium
    • 発表場所
      MINATEC (フランス・グルノーブル)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-08
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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