光電子集積回路に向けた高移動度ＧｅＳｎ－ｏｎ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒトランジスタ技術

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昨年度は局所溶融成長技術を用いて石英基板上に高品質な引張歪み単結晶GeSn細線を形成し、薄膜トランジスタおよび発光ダイオードの試作を通してその優れた光・電子物性を実証した。当該年度では研究計画に従い、光電子デバイス集積化に向けたGeSn溶融結晶化技術の高度化を検討し、以下の成果を得た。局所溶融成長技術ではアモルファスGeSn細線の局所加熱による細線内での温度勾配形成を必要とするため、大面積結晶化およびデバイス集積化には課題がある。そこで本研究ではレーザースキャンアニールによる横方向溶融結晶化を検討し、石英基板上GeSnアレイの大面積単結晶成長に成功した。フォトルミネッセンス測定よりSn添加と引張歪み印加による直接遷移バンドギャップ縮小に起因したレッドシフトと発光強度の顕著な増大を確認し、液相成長GeSnの近赤外光学材料としての有用性を示した。次に、石英基板上でGeSn CMOS回路と一体形成可能な近赤外センサーアレイ開発に取り組んだ。当該技術により形成した石英基板上p型GeSn細線にPイオン注入を行うことで、GeSn n+/p接合フォトダイオードアレイを作製した。石英は赤外線に対して透明であることから裏面照射による高感度近赤外光検出に成功し、波長1.55 umにおいて受光感度が約1.3 A/Wと100%近い量子効率が得られた。さらに波長2 umにおいても明瞭な光応答を観測し、近赤外帯域に高い感度をもつGeSnセンサーアレイを実証した。以上の結果は半導体光・電子デバイス分野で代表的な国際会議である2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)に採択されており、またTechnical Highlight Paperに選出されるなど高い外部評価を受けた。