北大ら,光機能性ナノワイヤをSiウエハーに大量集積

著者: sugi

北海道大学,愛媛大学,東京大学は,発光・受光機能に優れたガリウムヒ素系半導体ナノワイヤをシリコンウエハー全面に大容量で集積することに成功した(ニュースリリース)。

III-V族化合物半導体とシリコンエレクトロニクスとの統合は長年追求されており,様々なアプローチが試みられてきた。

熱膨張係数差から,シリコン上のIII–V族半導体のエピタキシャル成長は困難だが,小さな開口部から針状結晶を形成させるナノワイヤではエピタキシャル成長できる。太陽電池などの応用では大量生産が求められるが,エピタキシャル成長で主に用いられる,有機金属気相エピタキシーや分子線エピタキシーといった方法は不向きと考えられていた。

研究では,分子線エピタキシー法において,構成元素ガリウムの自己触媒効果を用いることで,市販のシリコンウエハー上に前処理を一切必要とすることなく,適切な結晶作製条件を用いるのみでデバイス応用可能な高品質なナノワイヤが簡便で大量に合成可能なことを示した。

ナノワイヤ作製は市販の2インチシリコン(111)ウエハーを基板に,分子線エピタキシー法により行なった。ここで,ガリウムヒ素結晶を成長させるために用いる構成元素のガリウムそのものを結晶の核生成と成長を促進する触媒として用いた。シリコンウエハー上にガリウム液滴を形成し,そこから光機能の高いガリウムヒ素ナノワイヤを形成させた。

具体的には,長さ約6µm,直径約250nmのナノワイヤを作製した。直径5cmのシリコンウエハー上では,約7億本の微細なナノワイヤを,前処理などを用いず単一の分子線エピタキシー法のみで簡便に形成することができる。

ナノワイヤを成長したウエハーは,市販のガリウムヒ素基板と同等かそれ以上の発光強度を持ち,さらにその発光波長はウエハー全体で均質だった。また,ナノワイヤ最外殻表面が空気に触れて自然酸化することで形成される自然酸化膜は,ナノワイヤの表面を安定な酸化膜で長期間保護し,光特性の向上に寄与することも示された。

ワイヤは非常に均質で高品質であり,微細な積層構造も形成可能であることから各種のデバイスも作製可能だという。ナノワイヤ群では効率的な光吸収が促進される結果も得られていることから研究グループは,太陽電池の大出力化や,シリコンテクノロジーへの安価で高機能な光機能付加など新しい展開が期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 2026年以降の半導体成長を支える技術基盤とは

    生成AIの急速な普及や、様々なモノの電動化の進展を背景に、半導体市場は2026年以降も中長期的な成長軌道を描くと見込まれている。先端ロジック半導体では、AI処理能力のさらなる高度化に向けて微細化競争が続く一方、電力インフ…

    2026.01.05
  • 半導体製造装置市場、2027年に過去最高の1,560億ドル到達

    米SEMIは12月15日(米国時間)、SEMICON Japan 2025において、世界半導体製造装置の2025年末市場予測を発表し、2025年の装置メーカーによる半導体製造装置世界の売上高は、前年比13.7%増の1,3…

    2025.12.24
  • オキサイド、半導体後工程向け高パルスエネルギー深紫外レーザーを開発

    オキサイドは、半導体ウエハー欠陥検査用(前工程)に特化した深紫外(DUV)ピコ秒レーザー「QCW Kalama」シリーズに、半導体後工程に向けた高パルスエネルギーモデルを新たなラインナップとして加え、2025 年12月1…

    2025.12.23
  • ウシオ、解像力アップと重ね合わせ精度を向上した一括投影露光装置の受注開始

    ウシオ電機は、ウエハー向け一括投影露光装置UX-4シリーズの新製品として、φ6/φ8インチに対応し、解像力L/S=2.8μmと重ね合わせ精度向上を実現させた「UX-45114SC」を、2026年Q1より受注開始すると発表…

    2025.12.19
  • ニコン、半導体ウエハー計測装置の最新機種を開発

    ニコンは、露光プロセス前のウエハーを計測し、その補正値を露光装置に反映させることで高い重ね合わせ精度を実現する、アライメントステーションの最新機種「Litho Booster 1000」の開発を進めていると発表した(ニュ…

    2025.12.12
  • SCREEN、先端半導体パッケージに対応する直接描画露光装置を開発

    SCREENセミコンダクターソリューションズは、先端半導体パッケージに対応する直接描画露光装置の最新モデル「DW-3100」を開発し、2025年12月に販売を開始すると発表した(ニュースリリース)。 近年、AI半導体の急…

    2025.12.10
  • ギガフォトン、先端半導体パッケージ用加工向けエキシマレーザーを日本企業に設置

    ギガフォトンは、半導体パッケージ加工向けエキシマレーザーを日本国内で最先端半導体の研究開発を行なう企業に納入し、11月に装置の設置を完了したと発表した(ニュースリリース)。今回の設置では、同社の最新光源となる『G300K…

    2025.12.08
  • 半導体製造装置販売額は前年同期比11%増 依然としてAIが牽引

    米SEMIは12月2日(米国時間)、半導体製造装置の2025年第3四半期における世界総販売額が、前年同期比11%増、前期比では2%増の336億6,000万ドルであったと発表した(ニュースリリース)。 販売額の増加は、AI…

    2025.12.04

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア