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研究紹介

研究内容

半導体エレクトロニクスの革新を目指す、量子・ナノデバイスの研究と開発
シリコン、ゲルマニウムをはじめとするⅣ族半導体を用いた、量子・ナノデバイスの研究開発と評価を、総合研究所ナノエレクトロニクス研究センター(等々力キャンパス)と共同で進めています。分子線エピタキシャル成長技術を用いたデバイス作製、光電子分光法による半導体表面・界面状態の解析など、幅広い先端技術を駆使し、革新デバイスの創製に向けた研究を進めています。
Ge OEIC1
研究紹介記事
2016年5月30日付 日本経済新聞
2015年10月5日付 日本経済新聞 電子版
2015年8月20日付 日経産業新聞
半導体成長の物理的限界に、若き研究者が挑む  (2015.3)
2014年7月 ゆうわ
2013年11月 地方紙 各紙
2013年6月13日付 日本経済新聞
2012年プレスリリース

 

社会に役立つ研究

コンピュータや携帯電話などに使われる半導体の高速化、低消費電力化
パソコンに使われるCPUやメモリなどの電子部品は、基本素子を微細化し、大規模回路に集積化する事で発展して来ましたが、寸法が100ナノメートル(1ナノメートル:10億分の1メートル)をきるあたりから、限界に近づき、新材料や新デバイスの開発が盛んに行なわれています。また,微細化限界に伴い,性能向上限界消費電力増大が世界的に問題となっています。これを解決するために、クリーンルーム内の多数の半導体結晶成長、プロセス装置を駆使し、ゲルマニウム(Ge)という新規高性能材料を用いた次世代の超低消費電力光電子融合素子、具体的には、歪み Ge 薄膜や Ge 量子ナノドットを用いた、超高速 トランジスタおよび発光デバイスの開発を進めています。
平成 27 年度より、文部科学省私立大学戦略的研究基盤形成支援事業『ゲルマニウムを基幹材料とするナノエレクトロニクス先端融合研究基盤の形成』(平成 27〜31 年度)プロジェクトを推進しております。本プロジェクトでは、研究開発体制として国内外の研究者との連携を強化し、これまでに開発した Ge 量子デバイスと、ナノ・エレクトロ・メカニカル・システム(NEMS)との融合を図ることにより、単電荷センサーや超微小位置歪みセンサー等への広い分野への応用を可能とする、Ge 系新機能・量子ナノデバイスの研究基盤を構築することを目指しております。

Ge OEIC

研究室の特徴

研究室の特徴

先端的、国際的な研究開発環境
半導体デバイスの作製、電気的、光学的な特性評価、光電子分光法やシミュレーションによる解析、評価と、個々の研究テーマは多岐にわたっています。強い目的意識と、研究に対する貪欲さがあれば、先端技術に関する幅広い知識と見識がおのずと得られます。また、ナノエレクトロニクス研究センター勤務のポストドクターや外国人スタッフによる直接指導など、高度で、国際的な研究環境にあります。

 

主な卒業研究テーマ

●XPSによる酸窒化膜/Si界面構造の研究
●XPSによる高誘電率ゲート絶縁膜の研究
●XPSによるラジカル酸化過程の研究
●Ⅳ族へテロデバイスのキャリヤ輸送の解析

●Ⅳ族半導体超高速電子デバイスの開発
●量子ドットによるⅣ族発光デバイスの開発
●フォトニック結晶による光配線技術の研究
●MBEによるヘテロ超構造形成技術の研究

 

研究紹介

歪み Ge-on-Insulator ウェハー開発

Ge高速デバイス、高効率発行デバイスの実現には、高品質なGe結晶をSi基板上に形成することが不可欠です。Geの結晶成長と貼り合わせ技術を利用することで、高品質かつ結晶歪みを有する歪みGe-on-Insulator基板の形成に成功しました。Siウェハーを置き換えることが期待できます。

strain GOI

歪みGeチャネルデバイス開発

分子線エピタキシー(MBE)装置により、高品質なSi/Ge半導体ヘテロ構造を結晶成長により作製し、歪みGeチャネル構造において半導体の中でも最も高い正孔移動度を達成しました。さらにMBEと原子層堆積装置(ALD)を組み合わせることで、超高品質ゲート絶縁膜/Ge界面を実現し、超高移動度GeチャネルMOSFETデバイスを目指します。

strain channel

Ge発光デバイス開発

LSIの超低消費電力化に向けて、シリコンチップ上の光配線が非常に期待され、そのためにモノリシックに集積可能な発光素子実現が求められています。そのために、Si上に結晶成長可能である歪みGeGe量子ドットによる発光構造、さらにマイクロディスクフォトニック結晶などの微小共振器構造を組み合わせ、シリコン上高効率発行デバイス光配線を目指しています。

microdisk

 

Geマイクロデバイス開発

本来間接遷移型半導体であるGeは、結晶歪み導入によるバンドエンジニアリングによって、直接遷移型に近づけることが可能で、それによって幅広い光デバイス応用への道が開けます。これまでに、Si上GeやGOIウェハーの選択エッチング加工により、マイクロブリッジなどのマイクロ構造を形成し、非常に大きい歪みの導入を達成しています。さらに共振器やMEMSデバイスとの融合による新機能・高性能デバイスを目指しています。

microbridge

 

<Ge円偏光LED開発>

現代の通信を支えているのは光情報通信技術ですが、
今後の情報量の膨大化、量子コンピュータ等の新技術の発展に伴い、光通信技術において、より多くの情報伝達、より高い安全性がますます求められて行きます。その中、円偏光(光の電場の向き)を利用した光暗号通信の実現が期待されており、これに向けてゲルマニウム(Ge)を用いた円偏光発生LEDの実現を目指しています。Geを利用することで、円偏光をSiのICチップ内で発生させることができ、円偏光通信の実用化への道が拓けます。円偏光を発生させるためには、スピンを持った(スピン偏極した)電子をLEDに注入する必要があり、強磁性体を利用したいわゆる「スピンLED」を、大阪大学の浜屋教授のグループと共同で開発しています。

spinLED

 

原子層材料による高効率発光デバイス開発

さらに高効率・高機能発行電子デバイスを目指して、原子層材料の研究を行っています。特に遷移金属ダイカルコゲイナイド(TMD)材料に注目し、基礎光学特性を調べ、これまで分からなかった物性を明らかにすることで、次世代の新規デバイスの提案・実現へつなげていくことを目指しています。

TMD