単結晶アルミナとシリコンによる極薄膜多層構造の量子デバイス応用の基礎研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450118
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30126924)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学部, 講師 (40235461)
• Keywords: SOI構造 / 単結晶Al_2O_3薄膜 / MBE法 / エピタキシャル成長 / 薄膜シリコン層 / 量子デバイス

Research Abstract

単結晶絶縁膜と半導体による量子構造デバイスをめざす基礎研究として、単結晶Al_2O_3絶縁薄膜とSi単結晶薄膜を2〜5nm程度の極薄い膜厚で、交互に積層させた多層極薄膜構造を形成することを目的とする。そのため、各層間の界面の平坦性、急峻性、結晶の完全性について、成長方法・条件との関係を明るかにし、量子構造デバイス実現の基礎を確立する。
Alバッファ層の導入により数nmの単結晶絶縁薄膜とシリコン薄膜を平坦に交互に成長させる可能性が明らかになってきた。このことは、これまで不可能と思われてきた単結晶シリコンと単結晶絶縁膜を用いた量子構造デバイスの実現性にかなりめどが立ってきたといえる。この結果をもとに、Si系発光素子や、単結晶シリコンと絶縁膜を介してのトンネル効果による2重障壁共鳴トンネル面電子放出源量子構造デバイスをめざすと、数nmの極薄膜成長の原子層レベルでの制御とその成長メカニズムの解明が必要となる。そのための成長装置として、本年、Alバッファ層専用チャンバーと極微量Siガス供給系を既に使用してきた装置に追加し、改良を加えてきたが、アルミナ基板表面の最上層原子の同定(AlあるいはO原子)がその上に成長させるSi膜質に大きく関係することが明らかになった。そのモデルを提案し、CAICISSを用いて、実験的にも確認することができた。この成果は、国際会議で報告する予定である。また、Siの成長をnmの極薄膜で制御するために、本年度、オックスホード・アプライドリサーチ社の電子ビーム蒸着装置を購入し、現在成長条件を確立しているところである。

Research Products

• [Publications] Y.C.Jung et al.: "Formation of very thin epitaxial Al_2O_3 prelayer on Si using a protective oxide layer" Jpn.J.Appl.Phys.(in press). (1999)
• [Publications] Y.C.Jung et al.: "High-quality silicon/insulator heteroepitaxial structures formed by MBE using Al_2O_3 and Si" J.cryst.Growth. 196. 88-96 (1999)