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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650325
• Research Institution: Tokyo Polytechnic University
• Principal Investigator: 青木 彪 東京工芸大学, 工学部, 教授 (10023186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 信一 東京工芸大学, 工学部, 助手 (60277944)
• Keywords: ナノクリスタル / アモルファス / 微結晶 / ゲルマニウム / フォトルミネッセンス / エピタキシャル / CVD / ECRプラズマ

Research Abstract

a(アモルファス)-Ge : Hやμc(微結晶)-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-,μc-Ge : H膜を作製し評価した。
QFRS法によりフォトルミネッセンス寿命分布を測定しデバイス級a-Si : Hで見られるfast/slowのダブルピーク(10μs/lms)をナノクリスタルの出現が予想されるアモルファス・微結晶の境界成膜条件のa-Ge : Hにも同様に観測した(1μs/lms)。そのダブルピークの成因を励起子のスピン状態の違い(1重項、3重項)で説明した。励起光強度が強くgeminate条件を満たさないTRS法では1重項励起子のnsオーダー発光寿命の報告がある。従来μs(マイクロ秒)までであったQFRS法の測定領域を、ns(ナノ秒)まで拡張し、geminate条件で測定できるnsQFRS測定システムを開発した。得られたQFRS信号に対して我々が考案した半解析的deconvolution法により、装置関数の影響を除去して真の寿命分布を得た。nsQFRS法によりa-Si : H膜とa-Ge : H膜の1重項励起子による発光寿命はnsオーダーにはなく、1〜10μsであることが確定的になった。
c-Ge上に基板温度25〜313℃でGe膜を堆積した。Ge(100)基板上では基板温度100℃以上でエピタキシャルライクな平坦膜(Ra<1.0nm)が得られた。一方、Ge(111)基板上では双晶が発生し、膜中には(220),(311)面などの他の面方位が混在した。これは(111)では結合手の幾何学的配置が結合の乱れを生じやすいためで、表面粗さはGe(100)上に対し大きくなる(Ra【approximately equal】1.5)。
現在、高品質SiGe合金膜成膜法開発のためSi膜成膜環境の整備を行っている。

Research Products

• [Publications] T.Aoki, S.Komedoori, S.Kobayashi, C.Fujihashi, A.Ganjoo, K.Shimakawa: "Photoluminescence lifetime distribution of a-Si : H and a-Ge : H expanded to nanosecond region using wide-band frequency resolved spectroscopy"J. Non-Cryst Solids. Vol.299-302(in press). (2002)
• [Publications] J.Singh, T.Aoki, K.Shimakawa: "Excitonic Contribution to Photoluminescence of Amorphous Semiconductors"Philosophical Magazine. B. Vol.82(in press). (2002)
• [Publications] Takeshi Aoki: "Photoluminescence in Amorphous Semiconductors (Excitonic Effects)"Proc. of ISCMP 11 (World Scientific). 58-65 (2001)