オプティカニクス株式会社

エピタキシャル　ウエハー　Epi-wafers　VIGO PHOTONICS

Epi-wafers PHOTONICS

エピタキシャル　ウエハー

　
 

エピタキシャル　ウエハー
VIGO PHOTONICSは、レーザー、光検出器、トランジスタ、太陽電池、その他のデバイスなどの高度なエレクトロニクスに使用される、非常に高品質の III-V エピタキシャル構造を製造しています。
市場にある数少ない企業の 1 つとして、当社は大量生産だけでなく小規模なテスト バッチでも生産できる高品質のエピ ウェーハを幅広く提供しています。

GaAs ベース製品　仕様に合わせて製作

InP ベース製品　仕様に合わせて製作

VCSEL エピタキシャル構造
VCSELは、n型のGaAsやInP基板上に、分子線エピタキシー（MBE）や有機金属化学気相成長法（MOCVD）でエピタキシャル層を形成した半導体レーザーダイオードです。VCSELの構造は、光が発生する複数の量子井戸を持つ活性領域を含むファブリ・ペロー空洞（共振器）と、上下のDBR（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射器）で構成されています。DBRは、特定の波長域の光を反射する半導体層（厚さはレーザー波長の1/4）の積層で構成されています。照射された光は、デバイスの表面に垂直な方向に出ていきます。


世界クラスの研究開発専門知識
VIGO Photonicsは広範な研究開発サービスを提供しています。 構想段階かどうか
製品設計の革新的なアップグレードが必要な場合、既存の製品の革新的なアップグレードが必要な場合、またはすぐに使えるソリューションを求める場合、VIGO Photonicsの研究開発能力は、新しい機会を掴み、運用を最高レベルのパフォーマンスに引き上げ、投資の価値を高めるのに役立ちます。

また、VIGO Photonicsはお客様に研究開発プロジェクトの実施における技術サポートを提供し、非常に成功したエピタキシャル構造を製造するための新しい方法やアプローチを提案します。

VCSEL Epi-構造

現在のアプリケーションのほとんどは、IR スペクトルの VCSEL を使用しています。 VCSEL デバイスは、半導体材料をベースとしたレーザー ダイで、n 型 GaAs または InP 基板上に成長させたエピタキシャル層で構成されています。 エピタキシーは、分子線エピタキシー (MBE) または有機金属化学蒸着 (MOCVD) によって実行されます。 厚さわずか数マイクロメートルの VCSEL 構造には、いくつかの活性量子井戸を備えたファブリー ペロー (F-P) キャビティ (共振器) と上部と下部の DBR (分布ブラッグ反射器) が含まれています。

量子井戸活性領域では、電子と正孔が注入され、結合し、再結合エネルギーが光として放出され、DBR 間の層に対して垂直にさらに振動します。 DBR ミラーは、特定の範囲の光波長のみを反射する半導体層のスタックで構成され、光の共振に寄与し、レーザー作用を可能にします。

VCSELは、エピタキシャル層の数が多く複雑なため、化合物半導体エピタキシャルスタックの中で最も成長要求の高いエピ構造の1つである。エピ構造全体の厚さは約7ミクロン（これはかなり厚いと言える）、200層以上の層で構成されている。最大の課題は、通信用途で要求される共振ディップを正しく配置するために、空洞、DBR、MQWなどの層厚制御をシングルナノメートルの精度で行うことです。

VCSEL は、エピタキシャル層の数が多く、その複雑性により、化合物半導体エピタキシャル スタックの中で成長が最も要求されるエピ構造の 1 つです。 エピ構造全体の厚さは約 7 ミクロン (これは非常に厚いと考えられます) で、200 以上の層で構成されています。 最大の課題の 1 つは、要求の厳しい通信アプリケーションで必要とされる共振ディップを適切に配置するために、層の厚さ制御 (キャビティ、DBR、MQW) を 1 ナノメートルの精度で非常に高い精度で行うことです。

　



VIGO’s VCSEL laser die
VIGO の VCSEL デバイスは、破壊的なエピウェーハ技術に対する顧客の需要の高まりに応える能力を実証するために開発されました。

4mW を超える光パワー、0.6 mA の低いしきい値電流、および適切なスペクトル特性を備えたこの特定の 850 nm VCSEL エピ構造は、通信およびデータ通信の光アプリケーションに適しています。 他の赤外線技術と比較して、VCSEL は高効率の光ビーム、優れた集束性、および非常に小さい設置面積を提供します。 VCSEL は上面に対して垂直に光を発するため、VCSEL チップを統合できます。
数百の個別の開口部からなる単一の 2 次元アレイで構成されます。

VCSEL 850 nm とは別に、VIGO は、量産とカスタムの革新的なアプリケーションの両方のために、760 nm、940 nm、1390 nm、1550 nm などの他の波長の技術の開発に取り組んでいます。

　
　　　　　L-I-V特性



InGaAs Wafers
いわゆる InGaAs 材料とは、さまざまな層で構成される完全なエピタキシャル スタックを指します。InGaAs は重要な部分 (吸収) を形成し、材料の光学特性を担います。 InGaAs 層自体は、In(x)Ga(1-x)As(y)P(1-y) 族に属する III-V 族半導体です。 二元 GaAs、InP、GaP、または InAs の場合、x と y は 0 または 1 に設定されます。四元 InGaAsP および三元 InGaAs では、さまざまな x および y の値が可能であり、それぞれの組み合わせによって半導体がさまざまなアプリケーションに合わせて調整されます。

インジウムとガリウム、ヒ素とリンの比率を調整すると、化合物のエネルギーバンドギャップと格子パラメータに影響します。 原則として、プランク方程式 E=hν で与えられるように、エネルギーが高くなるほど周波数も高くなり、これは波長に反比例します。 In(x)Ga(1-x)As の x を調整すると、エネルギーバンドギャップを下げることができるため、光のスペクトル範囲を長くすることができますが、これには格子定数の変化と InP 基板との不整合が伴います。 格子定数は、エピタキシャル積層を設計し、層内で発生する可能性のある歪みを予測するための重要な値です。


カットオフ波長
4つの化学元素をすべて混合した4元系InGaAsPは、InGaAsPをInPに格子整合させたときに適切なバンドギャップが得られるため、1.0～1.6μmの範囲で使用されています。リンを省略（y=1）して3元系InGaAsとすると、インジウムが53%の組成（In(0.53)Ga(0.47)As）でInPと格子整合し、エネルギーバンドは0.73eV、カットオフ波長が約1.7μmとなる。

カットオフ波長とは、その値より短い波長のみが吸収されることを意味し、それ以上の値では検出力が非常に低いか、あるいは全くないことを意味します。

標準的なInGaAsと拡張InGaAs
吸収層にInGaAsを用い、カットオフ波長を1.7μm（InPと格子整合）に設定した材料をStandard、1.7μm以上（格子不整合）の材料をExtendedと呼ぶことがあります。

2.6μmのように検出範囲を広げる理由は簡単で、アプリケーションのニーズに応えるものであるが、その実行には大きな困難が伴う。格子不整合は、基板と吸収体の間のブリッジとして機能する、特別に設計され、グレーディングされたバッファ層を必要とします。しかし、この解決策は決して理想的なものではなく、多くのミスフィット欠陥や暗電流の異常が発生する可能性がある。そのため、一度開発されたバッファ層は、しばしば企業秘密とされている。

エピタキシャルスタック設計
エピタキシャルスタックを開発する場合、コンタクト設計に応じて、異なるInP基板（N型または半絶縁性）を使用することができます。バッファ層とコンタクト層を基板上に成長させ、その後、動作波長に最適なドーピングレベルと厚さのInGaAs吸収層を成長させます。目的のデバイス特性やカットオフ波長の選択に応じて、エピタキシャルスタックには空間電荷領域、界面、キャップなどの層を追加し、キャリアの再結合、ドリフト、拡散を制御し、表面電流リークの発生を防止する役割を担います。最後に、エピタキシャルスタックの最上部にP型コンタクトを形成する。このコンタクトは、一般にZn拡散プロセスによって作られ、内在するInGaAs層内にP領域を形成する。

材料性能
検出器では、逆電圧バイアスが印加されており、デバイスに光が当たらない場合は電流が流れないように意図されています。しかし、空乏領域の内部で起こるランダムな再結合により、暗電流と呼ばれる小さな電流が常に存在することになります。暗電流は検出器の主なノイズ源であるため、特定の材料で達成できる値は低いほど良い。InGaAs半導体のもう一つの特徴は、ミスフィットと表面欠陥の密度である。これは特にフォーカルプレーンアレイ（FPA）において重要で、より広い面積を選択して画素のマトリックスを作り、読み出し回路でできるだけ多くの画素が正しい信号を出力するようにする。表面問題やミスフィット欠陥は、デバイスの電気光学特性に幅広く悪影響を及ぼす可能性があり、一般に好ましくない。

VIGOのInGaAsの結果
InGaAs材料の特性評価では、まずX線回折を行います。右図のようにInGaAsのピークが正しく配置されていることから、吸収層の材料は、InP基板の格子定数と等しく、正確に調整された化学組成であることが確認されます。ピークの位置がずれることは、その層の組成が一定でなく、ミスフィット転位が発生する可能性があることを示している。

InGaAs Extended材料では、吸収体と基板との格子不整合が望まれます。X線を用いてピーク位置のずれを計算し、吸収体の化学組成と特定波長への正しい同調を確認します。この場合、明確なInPのピークがないのは、格子定数の異なる層間の歪みを処理するために必要な、基板上に直接施されたグレーディング成長の結果である。

XRD scan of In0.53Ga0.47As lattice matched to InP


XRD scan of extended In0.818GaAs. Da/a= +19750 ppm

標準的なInGaAs（1.7um）の波長では、非常に低いドーピングレベルが望まれる場合があります。エピタキシャル成長炉には不純物が存在するため、真の意味でドーピングのない材料を実現することは非常に困難です。下記のSIMS測定では、InGaAs吸収体のドーピングレベル（緑線）は検出レベル以下、つまり10^15未満であることがわかります。同様に、ECV測定では、1.6E14/cm3という低いキャリア濃度を検出することができました。

　
多くの層では、Si、Zn、C、Feのいずれかを必要なレベルで意図的に濃縮する必要があります。このような場合、正確なドーピング制御が必要となる。別のSIMS測定では、InP層におけるSiのドーピングレベルがうまく調整されていることがわかります。

また、層厚は、エピタキシャルスタック設計時の計算により、特定のデバイスパラメータに最適化する必要があります。厚みを制御する最も良い方法の一つは、LayTec などの in-situ 反射率ツールを使用することです。このグラフは、仕様に合致する測定値を示しています。成長後の検証のために、SEM 測定を行うことができます。




最後に、表面スキャンで、全体的な材料品質を評価します。最も望ましいのは、原子レベルの段差の有無で、これは単原子層レベルの粗さを確認するものです。もうひとつのチェックポイントは、表面欠陥の数を計算することです。今回の測定では、1cm²あたり2個と、ほとんど欠陥のない材料であることが確認できました。






Extended InGaAsの場合、下の写真のように均一なクロスハッチを示すはずです。

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部門は、世界的に知られている専門家、氏Strupinski、博士によって率いられています。彼の30年以上にわたる半導体技術の専門的経験と知識のおかげで、私たちは最先端技術へのアクセスを持ち、最高品質のエピタキシャル構造を製造することができます。


MOCVDエピタキシャルウエハーは、半導体基板上に（１ｎｍから数マイクロメートルまで）薄い結晶線フィルムを成長させています。

MOCVD法を用いて、III-V族化合物半導体の原子的に操作されたエピタキシャル層を作成します。設計に応じて、私達のエピタキシャルウエハーはレーザー、光検出器またはトランジスタとして使用することができます。所望のエピ層は、キャリアとしての水素と共に成長チャンバ内に輸送される特別な前駆体を使用して反応器内で連続的に形成されます。

システムに部品だけを提供するのではありません。 私達は私達の顧客と彼らの特定の問題でそれらを熱心に助けている効果的で信頼できる関係を確立します。 私たちの総合的なアプローチは、テクノロジーを向上させて、常に期待を超え、ビジネス目標を達成するソリューションを生み出します。

We don't provide only parts to systems. We establish an effective and trusting relationship with our clients passionately helping them on their specific issues. our holistic approach elevates the technology to create solutions that consistently exceed expectations and deliver business goals.

 

実証済みの専門知識
Proven expertise

VIGO PHOTONICSのエピタキシャルウエハーは、正確に制御された厚さ、化学組成、電気的特性、そして優れた均一性と再現性によって特徴付けられています。
Our epi-wafer are charactaerized by precisely contorolled thickness, chemical composition and electrical properties as well as excellent uniformity and reproduccibility.

AXITRONの有機金属化学気相成長（MOCVD）マルチウエハーシステムを使用して、非常に高品質のエピタキシャル構造を製造します。 LaytecのMOCVD in-situモニタリングでは、成長プロセスを正確に制御する測定も可能です。 当社のAxitron 2800 G4リアクタは、稼働中に最大6インチのウエハを数枚処理することができます。
Using AXITRON's Metal organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD) multi-wafer system, we produce exceptionally high-quality epitaxial structures. The Laytec's MOCVD in-situ monitoring also allows measurements that provide precise control of the growth process. Our Axitron 2800 G4 reactor is capable of handling several up to 6 inch wafers in run.

 

品質保証
Quality assurance

信頼性は私たちのコアバリューのひとつです。 電子顕微鏡、X線回折、原子間力顕微鏡、フォトルミネッセンス、ホール効果装置、SIMS、XPSなどを使用してすべての製品を包括的にテストし、品質と均一性を保証します。
Reliability is one of our core values. We test all products comprehensively using electron microscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy, photoluminescence, Hall effect equipment, SIMS, XPS and more to ensure quality and uniformity.

また、革新的な企業が課題を解決し、革新を市場に投入するのに役立つ広範な研究開発サービスも提供しています。 製品設計のコンセプト段階にあるか、既存の製品を革新的にアップグレードする必要があるかにかかわらず、私たちの研究開発能力は、新しい機会をつかみ、最高レベルのパフォーマンスをもたらし、投資に価値をもたらすのに役立ちます。

 レーザー、光検出器、トランジスタ、太陽電池、その他のデバイスなどの高度な電子機器で使用するために、非常に高品質のIII-Vエピタキシャル構造を製造しています。 市場で数少ない会社の1つとして、VIGO SYSTEMは、高品質のエピタキシャルウエハーを幅広く提供しています。これらは、大量および少量のテストバッチの両方で生産できます。
 

Epi-ウエハー

レーザー、光検出器、トランジスタ、太陽電池、その他のデバイスなどの高度な電子機器で使用するための非常に高品質のIII-Vエピタキシャル構造を製造しています。市場に出回っている数少ない企業の1つとして、大量生産と少量試験バッチの両方で製造できる高品質のエピウェーハを幅広く提供しています。

世界クラスの研究開発の専門知識

世界クラスの研究開発の専門知識

幅広い研究開発サービスを提供しています。製品設計のコンセプト段階にある場合でも、既存の製品に革新的なアップグレードが必要な場合でも、すぐに使用できるソリューションを探す場合でも、VIGO PHOTONICSのR＆D機能は、新しい機会を捉え、最高レベルのパフォーマンスを実現し、あなたの投資への価値。また、研究開発プロジェクトを実施する際の技術サポートをクライアントに提供し、非常に成功したエピタキシャル構造を製造するための新しい方法とアプローチを提案します。

 

ENTについて

ENTは、商業およびR＆Dクライアント向けに高品質のIII-V構造を製造する半導体エピタキシー企業です。当社の比類のない才能、リソース、および経験により、常に期待を超え、ビジネス目標を達成するカスタムまたは短期のソリューションを提供できます。

ENTは現在、優れた評判と技術インフラストラクチャを備えたVIGO PHOTONICSブランドの下で運営されており、優れたリソースを活用して革新と成長を促進する機会を提供しています。スキル、才能、資産を組み合わせることで、お客様が目標を達成できるように支援することができます。

VIGO PHOTONICSは、セキュリティ、軍事技術、産業、宇宙、医療、輸送、環境保護アプリケーション向けの中距離および長波長範囲の標準およびカスタマイズされたハイテク非冷却光検出器の世界有数のメーカーです。

私たちのコアコンピタンスはエピタキシーです。最終製品は化合物半導体ウエハーです。GaAsまたはInP基板上に結晶薄膜（1nmから数マイクロメートル）を堆積するMOCVDエピタキシーにより、III-V化合物半導体の原子工学的エピタキシャル層を作成します。

エピタキシャルウエハーは、厚さ、化学組成、電気特性が正確に制御されているだけでなく、優れた均一性と再現性が特徴です。さまざまなニーズに合わせて調整されたエピタキシャル構造の作成に優れており、お客様が競争力を獲得して維持できるよう支援します。

私たちは、企業が革新的なアイデアをグローバルに市場性のある製品に変えることを支援します。

 

創設者兼CEO、 Dr. Wlodzimierz Strupinski,

Strupinski博士は、マイクロおよびオプトエレクトロニクス用のIII-V半導体化合物技術、高出力エレクトロニクス用の炭化ケイ素化合物、グラフェンおよびその他の2Dナノ材料で30年以上の経験を持っています。彼は、GaAs、InP、GaN関連、SiC、グラフェンの気相エピタキシーと有機金属気相エピタキシーを専門としています。

彼の研究対象には、トランジスタ、マイクロ波ダイオード、バラクター、レーザー、光検出器、導波路、LED、QD、SOAなどのエピタキシャル構造が含まれます。多くのエピタキシャル技術を開発し、後に実験または商業生産に成功しました。また、グラフェンフラッグシッププロジェクトなど、政府およびEU向けのプロジェクトの開発および管理に関する専門知識も持っています。1988年にワルシャワ工科大学で物理学の博士号を取得しました。

ENTの専門家チームは、半導体業界に関する深い知識と幅広い経験を提供します。物理学、化学、電子工学、材料科学のバックグラウンドを持つチームは、III-V半導体エピタキシーで実績があります。