III-V族化合物半導体は高効率な発光が可能である一方、Siは間接遷移型半導体であるため、それ自体を高効率な光源として利用することは難しい。本研究では、III-V族化合物半導体の発光層を結晶成長したウェハと、光導波路を形成したSOIウェハに表面処理を施し、150°Cで直接接合する技術を開発した。この低温接合により、結晶や素子への熱的ダメージを抑えながら、欠陥の少ないIII-V/Si接合界面を形成できる。
本手法で作製したIII-V/Siハイブリッドレーザーダイオードでは、III-V族半導体で発生させた光をSi光導波路へ結合できる。したがって、シリコンフォトニクス回路上に高性能な光源をウェハスケールで一括集積するための有望な基盤技術となる。将来的には、光通信、光センシングおよび光演算回路の小型化・高機能化への応用が期待される。

半導体ナノ構造では、薄膜と基板の格子定数差、微細加工および表面・界面の影響によって複雑な歪分布が形成される。この歪は、結晶成長、欠陥形成およびデバイス特性を左右する重要な因子である。本研究では、集光したナノビームX線を用いてナノパターンAlN構造を面内方向および深さ方向に走査し、各測定位置で得られる回折強度から3次元逆格子マップを構築した。
逆格子空間における回折ピークの位置、形状および強度を解析することで、薄膜／基板界面から試料表面に至る結晶格子の変形を、高い空間分解能で可視化できる。この手法を電圧印加や通電などのデバイス動作環境へ発展させることで、動作中の素子内部や埋め込まれた構造近傍に生じる歪変化を非破壊で追跡できる可能性がある。これにより、歪制御に基づくデバイス性能の向上や、局所的な劣化・故障原因の解明が期待される。