2000 Fiscal Year Annual Research Report
高清浄ECRプラズマCVDによる高機能性ナノクリスタルGe膜の作製
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12650325
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
青木 彪 東京工芸大学, 工学部, 教授 (10023186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 信一 東京工芸大学, 工学部, 助手 (60277944)
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| Keywords | ナノクリスタル / アモルファス / ゲルマニウム / フォトルミネッセンス / 励起子 / 優先配向 / CVD / ECR |
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| Research Abstract |
a-Ge:Hやμc-Ge:Hは通常のrf放電によるCVDでは、欠陥が多く高品質化が難しい。我々は低圧放電が可能で基板へのイオン、電子照射が均一な高清浄ECRプラズマCVD装置を独自に開発し、高品質a-Ge:H、μc-Ge:H膜を作製し評価した。
QFRS法によるa-Ge:H膜のPL寿命分布測定ではデバイス級高品質a-Si:Hで見られるfast/slowのダブルピーク(10μs/1ms)がa-Ge:Hにおいても同様に起こる事が初めて観測された。a-Ge:Hは1μsと0.1msにピークを有する。光励起された電子・正孔対は励起子を形成し、ダブルピークの成因をスピン状態の違い、すなわち1重項(S=0)と3重項(S=1)に起因するものと考えた。強度の強いパルス光で励起するTRS法ではnsオーダーに1重項励起子の発光があるとの報告があり、従来500nsまでであった測定領域を3nsまで拡大し評価した。a-Si:H、a-Ge:HともにnsオーダーでPL成分は確認できず、1重項励起子の寿命は1〜10μsのオーダーである。
Si(100)上に基板温度313℃でμc-Ge:Hを形成した。膜は基板と軸の揃った結晶成長、すなわち優先配向をする。しかしシェラー径は24nmであり微結晶構造をとる。Si(110)、Si(111)上でも同様に優先配向が起こった。313℃でのa-Ge:Hの真空中熱処理では成長速度が遅く結晶化も不十分であり、優先配向はプラズマから基板へのエネルギー付加によると考えられる。膜厚0.5μm以上では[111]方向の成長は[110]方向に変わるが、[100]、[110]方向の成長では成長方位は変わらない。これは[111]方向の成長は双晶の形成により妨害される為である。
現在、高清浄ガス供給系、磁気浮上ターボ分子ポンプ、4重極質量分析装
置の整備により更なる高品質膜の検討を実施している。
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[Publications] S.Ishii,M.Kurihara,T.Aoki,K.Shimakawa and J.Singh.: "Photoluminescence in High-Quality a-Ge:H"Journal of Non-Crystalline Solids. 266-269. 721-725 (2000)
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[Publications] Takeshi Aoki: "Photoluminescence in Amorphous Semiconductors(Excitonic Effects)"ISCMP 2000 Proceedings (World Scientific). (in press). 58-65 (2001)
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[Publications] S.Kobayashi,M.Iizuka,T.Aoki,N.Mikoshiba,M.Sakuraba,T.Matsuura and J.Murota.: "Segregation and diffusion of impurities from doped Si_<1-x>Ge_x films into silicon"Thin Solid Films. 369. 222-225 (2000)
