東京都市大学 総合研究所 ナノエレクトロニクス研究センター 教授 兼センター長

澤野 憲太郎

  • 情報通信
  • 機能性材料

光暗号通信を可能にするGeスピンLED

近年、量子コンピュータの開発が世界的に急速に進み、現行の暗号通信が容易に解読可能となってしまうことが危惧されています。この問題を解決すべく、従前技術よりも飛躍的に解読が難しく、安全性の高い光暗号通信の実現が求められております。

そのために私たちは、電子のスピン情報を光の偏光情報に変換可能な、スピン発光ダイオード(LED)に注目し、特にシリコン(以下Si)半導体チップ上に集積可能である、ゲルマニウム(以下Ge)材料を用いたスピンLEDの開発を行っております。

Geは、GaAsなど他の化合物半導体材料と異なり、Siウェハーの上に直接結晶成長が可能です。さらにSiと同族の半導体であるので、性質が似ており、既存のSi-LSIプロセスに組み込めるといった大きなメリットがあります。さらにGeは、工夫を加えることで、Siを大きく超える発光特性や電気伝導特性を引き出すことが可能です。

我々はこれまでに、Geを用いた高速電子デバイス、高効率発光デバイスの実現のために、高品質なGe結晶をSi基板上に形成する技術の研究開発を進めてきました。

SiとGeの結晶格子サイズが異なることから、GeをSiの上に結晶成長すると、Ge結晶に歪みが入り、それによって結晶中に多量の欠陥が生じてしまい、デバイス形成に問題となります。我々は、これら結晶欠陥発生を抑えるGeの結晶成長手法と、ウェハー貼り合わせ技術を開発することで、高品質なGe-on-Insulator(GOI)基板、すなわち疑似的Geウェハーの形成技術を確立しました。

このGe基板を利用することで、Ge高速電子デバイス(CMOS)、Ge高効率発光デバイスの集積化が可能となり、電子デバイスを光配線で結ぶ、光電子融合集積回路(OEIC: Optoelectronic Integrated Circuit)がSiプラットフォーム上に実現されます。

さらにGeのスピン機能を利用したスピントロニクス・デバイスも現在研究が進んでおり、ここに集積化することが期待できます。その中で我々は、スピン機能材料とGe光デバイスを融合させることにより、オンチップの光暗号通信に向けたGeスピンLED開発を進めています。