Lasing of GeSn wires fabricated by local liquid phase crystallization

本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。そのために局所液相成長法にレーザー溶融技術を導入し、引張歪みを有するSn添加Ge材料でのレーザーダイオードの試作と動作実証を行う。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融することで結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。これまでは赤外線ランプ加熱炉で単結晶Ge細線の局所液相成長を行ってきた。試料基板下部に部分的にカーボンサセプターを配置することにより試料基板に温度勾配を持たせGe細線を部分的に溶融している。しかし、この手法ではサセプターからの熱伝導を用いているため精密な温度制御が困難であった。そこで、2022年度ではレーザー光照射を用いたGeSn細線の部分溶融による局所液相成長の高度化を進めた。レーザー光を集光照射することでGe細線の溶融している部分を限定しつつ、照射光を細線に沿って走査し結晶成長を促す。本手法はマイクロメータスケールでのゾーンメルト法に相当する。ゾーンメルト法は成長条件を調整することにより、不純物濃度を制御することが可能であり、走査速度等の結晶成長条件とSn組成、歪み量、結晶性等の関係を取得した。本成長法の学問的理解を深めるとともに、デバイス実証に必要な基礎的知見の取得を行った。

本研究課題は、シリコンプロセスと整合性の高いⅣ族材料でのレーザー光源の実証を目的とする。そのために局所液相成長法にレーザー溶融技術を導入し、引張歪みを有するSn添加Ge材料でのレーザーダイオードの試作と動作実証を行う。局所液相成長法はSiO2基板上に形成したアモルファスGeSn細線を局所的に溶融することで結晶成長を促し、単結晶GeSn細線を形成する手法である。本手法にレーザー溶融技術を導入することで制御性を高め、Ⅳ族GeSn材料でのレーザーダイオードを試作し、室温動作、低しきい値でのレーザー発振を目指す。これまでは赤外線ランプ加熱炉で単結晶Ge細線の局所液相成長を行ってきた。試料基板下部に部分的にカーボンサセプターを配置することにより試料基板に温度勾配を持たせGe細線を部分的に溶融している。しかし、この手法ではサセプターからの熱伝導を用いているため精密な温度制御が困難であった。そこで、2022年度ではレーザー光照射を用いたGeSn細線の部分溶融による局所液相成長の高度化を進めた。レーザー光を集光照射することでGe細線の溶融している部分を限定しつつ、照射光を細線に沿って走査し結晶成長を促す。本手法はマイクロメータスケールでのゾーンメルト法に相当する。ゾーンメルト法は成長条件を調整することにより、不純物濃度を制御することが可能であり、走査速度等の結晶成長条件とSn組成、歪み量、結晶性等の関係を取得した。本成長法の学問的理解を深めるとともに、デバイス実証に必要な基礎的知見の取得を行った。