1998 Fiscal Year Annual Research Report
低速イオン注入複合分子線エピタキシによる単結晶シリコン・酸化物量子構造の形成
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10555002
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (60199164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川本 清 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (40302822)
谷 由加里 ファインセラミクスセンター, 研究員
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| Keywords | 半導体ヘテロ構造 / ワイドギャップ・低誘電率 / 非晶質シリコン酸化物障壁 / エピSi / SiO_2量子構造 / 電子・光の閉じ込め / 低速イオン注入複合分子線エピタキシ法 / SiGe混晶ベース量子構造 / 高密度励起子 |
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| Research Abstract |
従来の半導体へテロ構造は異種単結晶の組み合わせであり、(1)結晶系の類似、(2)比較的小さなバンド不連続値などの制約があった。本研究ではこれらを解消すべく、ワイドギャップ・低誘電率(屈折率)の非晶質シリコン酸化物を障壁としながらSi結晶をベースとする新クラスのエピSi/SiO_2量子構造の実現を目指した。電子・光の閉じ込めによる新物性・新機能を引き出し、潜在デバイス能を実証することが主な狙いである。
薄膜形成の頂点にたつ分子線エピタキシ(MBE)を発展させ、制御性の高い低速酸素イオン注入(LOI)を融合した低速イオン注入複合分子線エピタキシ法(LOIMBE)を達成した。酸素導入による清浄環境、高温部位の劣化の懸念によって進化を阻まれてきたSiMBEの既成概念の枠を越え、(1)Si-on-SiO_2非エピ性からの脱却、(2)Si/SiO_2=半導体バンド工学の新しい構成ブロック、(3)機能性新奇量子構造の達成と即時実用化を狙った。
本年度では、単結晶Si/SiO2ヘテロ構造の作製法の拡張と、構造の多様性を追求した実験を行った。多層へテロ構造には層の交互供給モードが適するが、一方、量子ドット構造ではサイズ制御、充填度向上の観点から同時供給モードが有利となることがわかった。拡張構造として、Si/SiO_2量子井戸、V溝底のSiO_2埋め込みSi量子細線、リッジ上の量子細線、LOIMBEモードによる量子ドットを活性層とし、Siスラブを導波路とする複合構造などが形成できた。さらに、SiGe混晶をベースとする量子構造のテストケースとしてSiGeOIの形成に成功し、多面体ドットの形成も達成できた。一方の光学評価に関しては、紫外線レーザによる表面近傍励起を利用して、Si/SiO_2量子構造に特徴的な高密度励起子、界面発光のほか、干渉による変調や特異な再結合緩和過程を観測した。
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[Publications] Y.Ishikawa: "Creation of (110)-aligned Si quantum wires encompassed by SiO_2 using low-energy separation-by-implanted-oxygen on a V-groove patterned substrate" Applied Physics Letters. 72. 2592-2594 (1998)
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[Publications] Y.Ishikawa: "Eptaixial Si/SiO_2 low dimensional structures" Thin Solid Films. 321. 234-240 (1998)
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[Publications] S.Fukatsu: "SiGe-based semiconductor-on-insulator substrate created by low-energy separation-by-implanted-oxygen" Applied Physics Letters. 72. 3485-3487 (1998)
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[Publications] S.Fukatsu: "Suppression of phonon replica in the radiative recombination of an MBE-grown type-II Ge/Si quantum dot" Thin Solid Films. 321. 65-69 (1998)
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[Publications] H.Sunamura: "New strain-relieving microstructure in pure-Ge/Si short-period superlattices" Journal of Vacuum Science and Technology. B16(3). 1595-1598 (1998)
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[Publications] Y.Miyake: "Spontaneous oscillator strength modulation in MBE-grown Si/Ge superlattices" Thin Solid Films. 321. 153-157 (1998)
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[Publications] S.Fukatsu: "Optical Properties of Low Dimensional Materials Vol.2" Eds.T.Ogawa and Y.Kanemitsu(World Scientific,Singapore), 72 (1998)
