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

用于光电集成电路的高迁移率绝缘体上GeSn晶体管技术

• 批准号: 16J00819
• 负责人: 岡 博史
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00819/
• 关键词: ゲルマニウムスズ; 光電子集積; 石英基板; 溶融結晶化; センサーアレイ; 近赤外; GeSn-on-insulator; 薄膜トランジスタ

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。

Yesterday annual は bureau melt growth technique を with い て Shi Yingji board に な high quality extension and slanting み 単 crystallization GeSn を form し thin lines, film ト ラ ン ジ ス タ お よ び 発 light ダ イ オ ー ド の attempt を tong し て そ の optimal れ た light, electronic property を card be し た. When the annual で は research projects に 従 い, photoelectron デ バ イ ス set product is changed to け に た GeSn melt crystallization technology の を empirically beg し 検, the following の を た. Bureau melt growth technique で は ア モ ル フ ァ ス GeSn thread の bureau heating に よ る thread within で の temperature hook with necessary formation を と す る た め, large crystallization お よ び デ バ イ ス set product change に は subject が あ る. そ こ で this study で は レ ー ザ ー ス キ ャ ン ア ニ ー ル に よ る transverse direction of melt crystallization を beg し 検, Shi Yingji GeSn ア レ イ の large 単 crystal growth に successful し た. フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス determination よ り Sn add と extension and slanting み Inca に よ る direct migration バ ン ド ギ ャ ッ プ narrow に cause し た レ ッ ド シ フ ト と 発 light intensity の 顕 な raised large を confirm し, liquid growth GeSn の nearly bare outside optical material と し て の usefulness を shown し た. Time に, Shi Yingji で GeSn と integrated CMOS circuit form may な almost bare outside セ ン サ ー ア レ イ open 発 に group take り ん だ. When the technology に よ り form し た Shi Yingji plate p type GeSn thread に p イ オ ン injection line を う こ と で, GeSn n + / p joint フ ォ ト ダ イ オ ー ド ア レ イ を cropping し た. Transparent quartz は red outside に し seaborne て で あ る こ と か ら illuminate inside に よ る Gao Gan degrees outside near the red light 検 に し success, wavelength 1.55 um に お い て が by light sensitivity is about 1.3 A/W と nearly 100% い quantum が sharper rate have ら れ た. さ ら に wavelength 2 um に お い て も clear な light 応 answer を 観 し measurement, high nearly bare outside 帯 domain に い sensitivity を も つ GeSn セ ン サ ー ア レ イ を card be し た. The above <s:1> results of the <s:1> semiconductor light-electron デバ and ス segmentation で were adopted by the な International conference である2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)に 択されてお 択されてお and またTechnical highlights The Paperに selected されるな されるな high に external evaluation 価を acceptance けた.

项目成果

横方向液相成長によるSbドープ単結晶GeSn nチャネルTFT

横向液相外延掺锑单晶GeSn n沟道TFT

• 发表时间: 2017
• 作者: 岡 博史;冨田 崇史;細井 卓治;志村 考功;渡部 平司
• 通讯作者: 渡部 平司

Single-Crystalline GeSn Formation on Transparent Substrate and its Optoelectronic Applications

透明衬底上单晶GeSn的形成及其光电应用

• 发表时间: 2017
• 作者: T. Hosoi;H. Oka;T. Shimura;and H. Watanabe
• 通讯作者: and H. Watanabe

Fabrication of tensile-strained single-crystalline GeSn on transparent substrate by nucleation-controlled liquid-phase crystallization

• DOI: 10.1063/1.4974473
• 发表时间: 2017-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: H. Oka;T. Amamoto;M. Koyama;Y. Imai;S. Kimura;T. Hosoi;T. Shimura;Heiji Watanabe

Enhancement-Mode N-Channel TFT and Room-Temperature Near-Infrared Emission Based on n+/p Junction in Single-Crystalline GeSn on Transparent Substrate

透明基板上单晶 GeSn 中基于 n /p 结的增强型 N 沟道 TFT 和室温近红外发射

• 发表时间: 2017
• 作者: H. Oka;M. Koyama;T. Hosoi;T. Shimura;and H. Watanabe
• 通讯作者: and H. Watanabe

Back-side Illuminated GeSn Photodiode Array on Quartz Substrate Fabricated by Laser-induced Liquid-phase Crystallization for Monolithically-integrated NIR Imager Chip

用于单片集成近红外成像芯片的石英基板上的背面照明 GeSn 光电二极管阵列，采用激光诱导液相结晶技术制造

• 发表时间: 2017
• 作者: H. Oka;K. Inoue;T. T. Nguyen;S. Kuroki;T. Hosoi;T. Shimura;and H. Watanabe
• 通讯作者: and H. Watanabe