THz-QCL低損失両面金属導波路に向けた銀ボンディングプロセスの開発

点击翻译按钮获取中文摘要

研究の目的:我々は、世界で初の銀(Ag)を用いて低閾値、高温動作可能な両面金属導波路を有するテラヘルツ量子カスケードレーザの作製を目指している。両面金属導波路の作製は、Ag同士を融着させる為のメタルボンディングプロセスが必要である。ボンディングは通常加熱と加圧下で行う。その際、Agは半導体層(量子カスケード層)へ拡散すると、デバイス性能が劣化するため、Agが半導体層に拡散させないことが非常に重要である。しかし、今までAgに関する報告は無く、ボンディングの最適な方法や条件が分かっていない。したがって、本研究ではAg-Ag界面の良い融着性を保ちながら、Agが半導体層へ拡散しない方法、条件を見つけ出し、Agのボンディングプロセスを確立することを目的とする。研究方法:1、Ag-Ag界面の融着状態の確認我々はAgの拡散を防ぐ工夫として、半導体とAgの間にチタン(Ti)を挿入する。2枚のGaAs基板上にTi、Agの順に真空蒸着し、そして蒸着した金属面を合わせて温度、圧力、時間を変化させながら乾燥窒素雰囲気中でボンディングを行った。ボンディングしたサンプルを壁開し、金属端面の融着状態を電子顕微鏡で確認した。2、Ag拡散の確認加熱によりAgが拡散すると金属シート抵抗の変化が見られる。我々は半絶縁GaAs基板上Ti、Agを順に真空蒸着しアニール炉で温度と時間を変化させながら加熱した。四探針測定法を用いて、アニールしたサンプルのシート抵抗の変化を測定した。オージェ電子分光法で金属拡散深さ方向の元素分布を分析した。研究成果:Agのボンディングには乾燥窒素雰囲気中温度400℃、圧力38.5kg/cm2、時間30分と言う条件が適していることが分かった。温度400℃下で銀の拡散を防ぐためにTiの厚さは10nm以上が必要であることも分かった。