2016 Fiscal Year Annual Research Report
Selective Formation of Relaxed Ge Thin Film and Quantum Dot by Sub-Monolayer Carbon Mediation
| Project/Area Number |
15H03554
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
鷲尾 勝由 東北大学, 工学研究科, 教授 (20417017)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (30271993)
川島 知之 東北大学, 工学研究科, 助教 (40708450)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 結晶成長 / ゲルマニウム / 量子ドット / 機能融合 / 電子デバイス / 光素子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、C（カーボン）を媒介した結晶成長モード制御により、緩和Ge薄膜とGe量子ドットを選択的に混載して形成する技術を確立する。本年度は3年計画の第2年度として、C媒介の結晶成長モードへの影響の明確化と、Ge量子ドット/Siスペーサ層の積層形成を検討した。
Ge量子ドット形成において、c(4×4)表面再構成（SR）を用いる方法と、アモルファスGe/C積層からの固相成長（SPE）を用いる方法を比較し、C媒介による結晶成長モード制御メカニズムを明確化した。SR法においては、表面再構成で未反応の過剰CがSi基板上でC-Ge結合を形成し、VWモードからSKモードに成長モード遷移することを解明した。また、SPE法においては、C媒介でGe凝集が促進されVWモード成長するが、C-Ge結合がGe層内に形成されやすく、少量のCでSKモードに遷移することが分かった。これらの結果から、C堆積量を変えることでGe量子ドットの成長モードを制御できることを示した。
Ge量子ドット/Siスペーサ層の積層形成において、積層化工程で生じるGe量子ドットの形状変化を抑圧する手法を検討し、Siスペーサ層からの歪み応力がGe量子ドットの形状変化に大きく影響することが分かった。形状変化を抑圧する手段として、Siスペーサ層上にCを堆積しC拡散を利用してGeドット表面で歪みを緩和する方法や、スペーサ層をSiC混晶として歪補償する方法を考案・検討し、これらの手法が有効であることを示した。また、Ge量子ドットを積層する際の熱処理を比較的低温化できるSPE法を用いる方が形成条件を広くできるという知見を得た。
以上示したように、来年度に実施するGe量子ドット/Siスペーサ層の多積層形成と多積層Ge量子ドットによる発光のための基盤技術はほぼ確立できた。これらの知見を活かして目標達成に向けて進める。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通りにC媒介の結晶成長モード制御への影響の明確化と、Ge量子ドットの発光効率向上に向けたGe量子ドット/Siスペーサ層の積層形成の検討を進め、C-Si反応による表面再構成とGe/C/Si積層構造から固相成長を用いたGe量子ドット形成において、成長モードが遷移するメカニズムを解明し、C媒介によって成長モードを制御できることを示した。さらに、スペーサ層形成や熱処理によるGe量子ドットの形状変化を抑制する手法を検討し、ドット表面での歪緩和や歪補償層をスペーサ層とすることの有効性を示し、積層化の目処を得た。以上の事から、当初目的としたGe量子ドットの成長モード制御とGe量子ドット/Siスペーサ層の積層形成において、十分な研究成果を達成した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Ge量子ドット/Siスペーサ層の多積層形成と、多積層Ge量子ドットによる発光の向上を検討する。これらによりC媒介のGe量子ドットの発光効率への影響の明確化と発光効率向上に繋げる。Ge量子ドット/Siスペーサ層の多積層形成では、C反応制御による転位閉じ込め技術を用いて、Ge量子ドットとSiスペーサ層のペアを積層する。この積層に際して、Siスペーサ層の内部応力の蓄積は、その上部に形成するGe量子ドットに影響する。そこで、「転位閉じ込め」サイクルを複数回繰り返しながら、C原子のGe層内への残留を考慮し、積層へのC被覆率の影響を検討する。多積層Ge量子ドットによる発光向上では、Ge量子ドットの積層化に向けて、Si/Ge界面C析出技術を応用しGeドット表面をC原子が覆うことで応力を局在化し、Siスペーサ層の表面における残留応力を低減する。また、C拡散・Si-C結合の同時進行制御技術でSiスペーサ層の表面応力を調整する。そのために、C被覆量とアニール処理条件によって、C拡散とC-Si結合形成の比率をパラメータとした実験を行い、C媒介による表面応力の制御について実験検討に基づいた体系化を行い、Ge量子ドットの発光効率向上を目指す。
|
