【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2024.06.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22IT0025

利用課題名 / Title

異種材料接合を利用した光集積回路作製手法の検討と測定

利用した実施機関 / Support Institute

東京工業大学 / Tokyo Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

リソグラフィ, 膜加工・エッチング, シリコンフォトニクス, エピタキシャル成長

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

西山 伸彦

所属名 / Affiliation

東京工業大学 / 技術研究組合光電子融合基盤研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

大礒義孝,堀川剛,菊地健彦,藤原直樹,Eissa Moataz,王羽端,小野寺広夢,山口圭太,佐々木龍耶,日原弘喜

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

西山伸彦

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

IT-001：電子ビーム露光装置
IT-002：電子ビーム露光データ加工ソフトウェア
IT-003：マスクレス露光装置
IT-005：コンタクト光学露光装置
IT-007：走査型電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　InPベースのIII―V族エピタキシャル半導体とSi導波路の接合を利用した光集積回路作製の一例として、半導体レーザ集積をとりあげ、そのデバイス測定を行った。

実験 / Experimental

SOI基板上にSi導波路をEB描画（IT-001）、ICPドライエッチング（IT-014）を用いて作製。InP基板上にMOCVD装置（IT-010）を用いて半導体レーザ構造をエピタキシャル成長して堆積。そして、FAB装置（IT-019）を用いてこの2枚の基板を接合し、上部のInP基板を取り除いた。その後ストライプ構造のSiO2マスク（IT-015）をマスクレス露光装置（IT-003）、RIEドライエッチング装置（IT-012）を用いて形成し、その後ICPドライエッチング装置（IT-013）でメサストライプ構造を作製。SiO2を再びプラズマCVD 装置（IT-015）堆積し、フォトリソ工程（IT-003, IT-005）で窓を開けて、P電極（AuZn）、ｎ電極（AuGeNi）を電子ビーム蒸着装置（IT-008）、そしてメッキを用いてパッドと熱放散を導く電極層を形成する。最後にダイシングソー（IT-027）を用いてIII-V/SOI基板ごと切断し、レーザキャビティを形成。こうしてバー状態にした素子で、電流-光特性の測定を行ったまた、シリコン導波路等の測定をIT-035, IT-036により行った。

結果と考察 / Results and Discussion

図１に本研究で作製した断面の模式図とSEM写真を示す。SOI基板には、熱伝導性の良くない埋め込み酸化膜であるSiO2膜があるため、レーザ部に電流注入した際、放熱性が悪く特性劣化を招く。そこで、熱伝導性をよくするため、InＰメサの側壁のSiO2膜を薄くし、SiO2を貫通させ放熱性のよいSi基板の表面を露出させた部分を設け、活性層で発生した熱は金電極を通してSi基板側に放出する構造を用いた。
図２に本素子の電流-光特性の温度特性を示す。110℃までCW発信動作が確認された。また、図３に発振波長変化の注入電力依存性を示す。屈折率の温度変化の値から、熱抵抗は14.3 K/Wと計算され良好な値を得た。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　III-V族半導体レーザ/SOI　断面構造
図２　電流-光特性の温度特性
図３　発振波長変化の注入電力依存性

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は、NEDO（JPNP16007）の援助を受け行われた

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件