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화합물 반도체 소자는 실리콘 반도체에 없는 두 가지 특징이있다. 하나는 반도체 레이저나 발광 다이오드 (LED) 등의 발광 장치를 만들 수 있는 것, 다른 하나는 매우 빠른 고주파에서 동작하는 트랜지스터를 만들 수 있는 것이다.

화합물의 광학 장치 및 화합물의 전자 장치를 융합하여 초고속으로 전자기 잡음에 강한 광통신으로 반도체 칩 사이를 연결하는 것이 가능하게 됐지만 통합 생산을 위해서는 기판에 실리콘을 사용하여 화합물 반도체 소자 (몇 층에서 수십 층의 박막)을 형성 할 필요가 있기 때문에 화합물 반도체와 실리콘 반도체를 일체화하여 제조하는 것은 쉽지 않다.

문제가 되는 것은 실리콘 및 화합물 반도체의 결정 격자 (결정을 구성하는 원자 사이의 거리)의 차이다. 결정 격자에 차이가있는 경우 실리콘 표면에 화합물 반도체 박막을 형성해도 계면 (접촉면)에서 원자끼리 잘 연결되지 않고 결함이 발생한다. 이 결함이 많이 발생하여 제작한 화합물 반도체 장치가 제대로 움직이지 않게되어 버린다. 예를 들어 레이저를 만들었다 하더라도 발광하지 않는다.

그러나 최근에는 실리콘 기판 위에 결정 격자의 엇갈림을 완화하는 버퍼층을 준비하는 것으로, 결함이 적은 화합물 반도체를 형성 할 수 있게 됐다.

그리고이 6월 6일 국제 학회 VLSI 기술 심포지엄에서 싱가포르의 국립 대학과 국립 난양 이공 대학 (Nanyang Technological University), 미국 매사추세츠 공과 대학으로 구성된 공동 연구진이 실리콘 기판 위에 화합물 반도체 레이저와 화합물 반도체 FET를 박막 성장 기술에 의해 형성하고, 각각 동작하는 것을 확인 하였다. (강연 번호 T5-2)

실리콘 기판 위에 게르마늄 (Ge)의 버퍼층을 형성하고, 그 위에 GaAs / AlGaAs 화합물 반도체 레이저 층 더 그 위에 InGaAs 화합물 반도체 n 채널 FET 층을 형성했다. FET에 의해 반도체 레이저를 구동하는 광전자 집적 회로이다. 웨이퍼 접합 기술 등 하이브리드 기술은 일절 사용하지 않고 모두 단일로 형성했다.

개발한 광전자 집적 회로의 트랜지스터와 레이저로 각각의 동작을 확인했는데 InGaAs FET의 채널 길이는 500nm (0.5μm) 전원 전압은 0.5V ~ 1.5V 정도. 드레인 전류의 온 오프 비율은 6 자리로 양호했다.

드레인 전압이 1.5V 일때, 온 전류는 400μA / μm. 동적 특성 (고주파 특성)은 확인하지 않았지만 (전도 전자)의 이동도는 1,920cm2 / V · s로 높았다. 실리콘에 형성 한 InGaAs FET의 캐리어 이동 도로로는 과거 가장 높은 값이라고한다.

GaAs 반도체 레이저의 동작 온도 5 ℃로 온도는 20 ℃에서 확인했다. 발진 파장과 전류 값은 5 ℃의 경우 790nm 근처 500mA, 20 ℃의 경우 795nm 근처인 620mA 이다. 발진 모드는 싱글 모드라고 하며 온도에 따라 발진 파장이 다른 것은 온도 상승에 의해 밴드 갭이 좁아지기 때문이다.

현재는 소자를 개발하고 실험실 레벨로 동작을 확인한 단계다. 개량의 여지는 충분히 있으며 향후 발전이 기대되는 연구 성과다.

출처 - http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/event/1063914.html