2004 Fiscal Year Annual Research Report
耐環境型半導体β-FeSi2単結晶の成長、評価とストイキオメトリ制御
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14350394
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
一色 実 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20111247)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三村 耕司 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (00091752)
王 吉豊 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (30271977)
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| Keywords | 半導体用超高純度鉄 / β-FeSi2単結晶 / 分子線エピタキシー / 電気特性 / 成長機構 |
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| Research Abstract |
β-FeSi_2は、次世代のオプトエレクトロニクスデバイス用化合物半導体として注目されている。また、豊富な資源と耐環境性に優れた材料であることが挙げられ、いわゆる環境半導体として脚光を浴びることになった。しかしながら、化合物半導体研究にとって欠かせない、化学量論的組成からのずれ、それに伴う固有欠陥種、ドナーあるいはアクセプターの固溶度、さらには移動度等基本的情報が欠如している。また、デバイス作製に欠かせない薄膜の2次元成長つまりSi基板上への直接成長に関する報告もない。
本研究の目的は、申請者らが開発した超高純度鉄を素材として用い、特性評価に耐えられる純度、結晶性および形状を持つ高品位β-FeSi2単結晶の成長条件を明らかにすると共に、今後の研究に欠かせない基本特性として、固有欠陥、ドナーあるいはアクセプターに関する基本的情報を得ることにある。
平成16年度においては15年度のバルク結晶成長に加え、分子線エピタキシー法による(111)Si基板上への直接成長を試み、以下のような成果が得られた。
1.理がエピタキシャル成長に及ぼす影響を調べた結果、水素終端処理した(111)Si基板上にエピタキシャル成長することに成功した。
2.板温度依存性を調べた結果、580℃においてβ-FeSi2単相が得られ、それ以下の温度ではε相が混在し、それ以上の温度では、多結晶膜となることを明らかにした。
3.ース供給比の影響を調べた結果、Fe:Siフラックスが1:2の時β-FeSi2単相が得られることを明らかにした。
4.成長中のRHEEDによるその場観察、AFM観察、高分解能透過電子顕微鏡観察およびXRD測定の結果を総合的に判断することで、成長機構を明らかにすることが出来た。
5.ホール測定の温度依存性を測定することにより、ナローギャップ半導体に特有の伝導型変化が、β-FeSi_2について始めて観察することが出来た。
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