光暗号通信へ向けたゲルマニウム円偏光LEDの創製

円偏光発生可能な発光素子がSi基板上に実現すれば、一つのSiチップ上で情報演算処理と、その情報を光配線によって伝達、円偏光発生によるチップ外部への円偏光光信号送信を同時に行うことが可能となり、光通信、Si-OEIC分野へ革新を起こす技術となる。本研究では、材料としてゲルマニウム(Ge)に注目し、「高スピン偏極強磁性体電極を有する円偏光発生Ge LED」を実現することを目的としている。 今年度は、まずGe発光素子として、Ge膜からの発光効率を向上させる技術開発を進めた。特に、アモルファスシリコン(a-Si)膜によるGe表面不活性化を試み、大幅な発光効率増大を得た。さらにa-Si膜の伝導タイプによって効果が全く異なることを見出し、表面電界効果が大きく寄与しているメカニズムを明らかにした。 また、GeLEDの発光効率向上のために、歪み効果や、SiGeヘテロ構造利用によるキャリア閉じ込め、光閉じ込めが重要な技術である。今回、Ge-on-Si上への歪みSiGe膜形成を試み、その高品質化に成功した。特に、膜へのクラック発生を完全に抑える手法として、Ge-on-Si膜をパターニングし、その上へSiGe膜形成を試みた結果、臨界膜厚を大きく超える膜厚まで成長可能となり、非常に安定した歪みが維持されることが示された。これにより、GeLEDの設計自由度、またスピン注入用強磁性体電極形成のプロセス・ウィンドウが大きく広がり、高効率スピンLED構造実現への大きな前進となった。 また、p-i-n型GeLED構造作製のために、in-situドーピング技術について詳細に検討し、Geの低温成長とポストアニールの条件を最適化することで、p型、n型の精細な伝導型制御ができるようになった。これにより良好なダイオード構造形成が可能となり、今後のスピン注入EL発光が期待できる。