シリコンプロセスに適合した集積回路用 電流注入型 発光素子の開発

現在、半導体集積回路の動作周波数は約3GHz に達しており、集積回路内における配線間の電磁波干渉などの問題が無視できなくなっている。そこで、これらの問題を解決するため、集積回路内における光による信号伝送が提案されている。それを低コストで実現するため、シリコン(Si)系材料をベースとした様々な光デバイスによるシステム構築が必要であり、一部の素子がインテル社を中心に試作されている。しかるに、発光素子は、Si が間接遷移型で発光強度が弱いため、まだ未開発な状況である。そこで、集積回路とは異なる基板上に形成された光源による光伝送が計画されているようであるが(図1-a)、我々は、さらなるコスト低減のため、シリコンプロセスに適合した電流注入型の光源を、集積回路内部にモノリシックに搭載する新技術の開発を行っている(図1-b)。これが成功すれば、米国に主導権を握られている集積回路の開発において、日本が優位に立つことが可能となる。具体的には、集積回路用発光材料として、最近エルビウムを添加したSi 系材料(Er 添加SiOx)が研究されているが、電流注入型発光素子については数少ない報告例しか無く、動作電圧が数十ボルトと高いため、実用化は困難な状況である。これに対して我々は、これまでに無い新しい構造の電流注入型発光素子を提案しており(特許出願済み)、動作電圧の激減などが期待される。今年度の目標としては、薄膜に電極を形成しただけの簡単な構造の電流注入型発光素子の試作を行い、動作電圧の低減を確認する予定である。

国立研究開発法人科学技術振興機構