Ｈｉｇｈ－ｋ／ＳｉＧｅ　ＭＯＳ界面を用いたＳｉＧｅ光電子集積回路に関する研究

High-k絶縁膜を利用した貼り合わせ法を用いて、電子による屈折率の変化が大きいInGaAsPをSOI(Silicon-on-insulator)上に集積することで、InGaAsP/high-k/Siのhybrid MOS(metal-oxide-semiconductor)構造を形成し、そのMOS構造にたまったキャリアによる高効率な光変調器を実現した。このような構造を有する非対称Mach-Zehnder interferometer光変調器を製作し、既存のSi MOS光変調器より5倍くらいの変調効率の向上を実証した。また、InGaAsPがSiよりキャリアによる損失が2倍程度小さいことから、実際変調をする際の光の損失も小さくなると予測し、光の位相をπシフトさせる時、InGaAsP/Si hybrid MOS構造を用いた方が既存のSiより10倍小さいということを明らかにした。これは、変調効率の向上による必要キャリア数の減少と、InGaAsP中のキャリアによる損失が小さくなったことに起因する。よって、このようなInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorを提案し実現したことで、既存のSi光変調器の問題点だった低い変調効率と高い変調損失を一挙に解決できる可能性を示せた。また、このデバイスの性能に直結するMOS界面の特性も示した。貼り合わせキャパシタをコンダクタンス法で測定することで、InGaAsPとSiの界面準位密度を測定したところ、10の11乗/eV/cm^2台の低い値を示せた。張り合わせ構造で良好な界面準位密度を実現したことで、高性能なInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorの実現に成功したといえる。

High-k絶縁膜を利用した貼り合わせ法を用いて、電子による屈折率の変化が大きいInGaAsPをSOI(Silicon-on-insulator)上に集積することで、InGaAsP/high-k/Siのhybrid MOS(metal-oxide-semiconductor)構造を形成し、そのMOS構造にたまったキャリアによる高効率な光変調器を実現した。このような構造を有する非対称Mach-Zehnder interferometer光変調器を製作し、既存のSi MOS光変調器より5倍くらいの変調効率の向上を実証した。また、InGaAsPがSiよりキャリアによる損失が2倍程度小さいことから、実際変調をする際の光の損失も小さくなると予測し、光の位相をπシフトさせる時、InGaAsP/Si hybrid MOS構造を用いた方が既存のSiより10倍小さいということを明らかにした。これは、変調効率の向上による必要キャリア数の減少と、InGaAsP中のキャリアによる損失が小さくなったことに起因する。よって、このようなInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorを提案し実現したことで、既存のSi光変調器の問題点だった低い変調効率と高い変調損失を一挙に解決できる可能性を示せた。また、このデバイスの性能に直結するMOS界面の特性も示した。貼り合わせキャパシタをコンダクタンス法で測定することで、InGaAsPとSiの界面準位密度を測定したところ、10の11乗/eV/cm^2台の低い値を示せた。張り合わせ構造で良好な界面準位密度を実現したことで、高性能なInGaAsP/Si hybrid MOS optical modulatorの実現に成功したといえる。