多孔質ガラス表面上のGe量子構造創製と光電子融合素子への応用

多孔玻璃表面Ge量子结构的构建及其在光电聚变器件中的应用

• 批准号: 20K21009
• 负责人: 澤野 憲太郎
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tokyo City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21009/
• 关键词: ゲルマニウム; 多孔質ガラス; ナノドット

本研究では、ガラス基板へナノ多孔層を導入し、それを利用した半導体量子ナノ構造形成技術の創出を目指している。具体的には、ガラス基板表面に、溶液エッチングによって階層的にサイズが変化するナノ多孔層（HNL）を形成し、その上にアモルファスGeを堆積後、結晶化アニールを行うことで、Geナノ結晶をHML内に形成し、その発光特性評価を進めてきた。昨年度までに、HNLによってGeナノ構造が形成され、それが強い発光を実現していることを示した。今年度は、さらにその発光強度の増加と発光ピーク制御を目指し、ガラス基板のマイクロ構造加工による光共振器構造の形成を試み、その発光特性を調べた。まず光閉じ込めと光共振が生じるかどうかの確認として、Si上のGe単結晶薄膜をマイクロブリッジ（以下MB）構造に加工し、その発光特性を調べた。ドライエッチングによって上部Geと下部のSi基板の一部までエッチングし、その後KOHによる選択エッチングによってGeブリッジ部分の下部のSiを除去することで、完全浮遊型のMBを完成させた。ブリッジ幅を数μmから数十μmまで変化させた各MB構造のフォトルミネッセンス（PL）を室温にて測定した。MB加工によって飛躍的に発光強度が増大すると共に、1.5～2μmの領域で強い共振ピークが複数確認された。そのピーク周期はブリッジ幅に対応していることも確認され、ブリッジの側壁での反射による共振が生じ、発光強度増大につながっていることが示された。これらの知見を生かし、Geナノ構造を有するHNLガラスのMB加工を試みた。その結果、良好なMB構造がHMLガラス基板上に形成され、発光強度の大きな増加が得られた。しかしながら、Ge薄膜MBと比較して、急峻な共振ピークは見られず、ガラスの低い屈折率やブリッジ側壁のラフネスなどの影響による低反射率が要因であることを示唆する結果と言える。

This study aims to introduce and utilize porous layers into semiconductor substrates and to create semiconductor quantum structure formation techniques. Specifically, after the formation of a porous layer (HNL) on the substrate surface and the formation of Ge crystals in the HNL layer, the evaluation of the optical properties of Ge crystals is carried out. In the past year, HNL has formed a new structure, and the new structure has become a new phenomenon. This year, we are focusing on the increase in light emission intensity and the control of light emitting chips, the formation of optical resonator structures during the processing of micro structures on glass substrates, and the adjustment of the company's light emission characteristics. The optical resonance of Ge crystal thin film on Si is confirmed by the optical resonance of Ge crystal thin film on Si. In addition, a part of the upper Ge and the lower Si substrate is removed, and a part of the lower Si substrate is removed. The amplitude of each MB structure was measured at room temperature from several μm to tens of μm MB processing rapid increase in emission intensity, 1.5~2μm region strong resonance, multiple confirmation The resonance of the reflection of the side wall of the film is generated, and the intensity of the light is increased. This knowledge is generated and the structure of Ge is produced by HNL and MB processing. As a result, a good MB structure is formed on the HML substrate, and the emission intensity is increased. The low reflectivity of Ge thin film MB is mainly due to the influence of high reflectivity, high reflectivity and high reflectivity of Ge thin film MB.

项目成果

メッシュ型パッドを有する歪みGeマイクロブリッジの発光特性にホールサイズが与える影響

孔尺寸对网状垫应变Ge微桥发光性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 池ヶ谷 玲雄;井上 貴裕;駒澤 卓哉;我妻 勇哉;澤野 憲太郎
• 通讯作者: 澤野 憲太郎

Strong Room-Temperature Electroluminescence from Ge-on-Si by Precise in-situ Doping Control

通过精确的原位掺杂控制实现硅基 Ge 的强室温电致发光

• DOI: 10.1149/09805.0513ecst
• 发表时间: 2020
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Yamada Kodai;Hoshi Yusuke;Sawano Kentarou
• 通讯作者: Sawano Kentarou

Strain engineering of Si/Ge heterostructures on Ge-on-Si platform

Ge-on-Si 平台上 Si/Ge 异质结构的应变工程

• 发表时间: 2020
• 作者: Kentarou Sawano;Youya Wagatsuma;Md. Mahfuz Alam;Kaisei Omata;Kenta Niikura;Shougo Shibata;Yusuke Hoshi;Michihiro Yamada and Kohei Hamaya
• 通讯作者: Michihiro Yamada and Kohei Hamaya

(Invited) Strain Engineering of Si/Ge Heterostructures on Ge-on-Si Platform

（特邀）Ge-on-Si平台上Si/Ge异质结构的应变工程

• DOI: 10.1149/09805.0267ecst
• 发表时间: 2020
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Sawano Kentarou;Youya Wagatsuma;Alam Md. M;Omata Kaisei;Niikura Kenta;Shibata Shougo;Hoshi Yusuke;Yamada Michihiro;Hamaya Kohei
• 通讯作者: Hamaya Kohei

Strong room-temperature EL emission from Ge-on-Si(111) diodes

Ge-on-Si(111) 二极管在室温下发出强烈的 EL 发射

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuwa Sugiura;Masashi Sasaki;Youya Wagatsuma;Koudai Yamada;Yusuke Hoshi;Michihiro Yamada;Kohei Hamaya and Kentarou Sawano
• 通讯作者: Kohei Hamaya and Kentarou Sawano