2018 Fiscal Year Research-status Report
Single crystal semiconductor and nitride and ferromagnetic silicide new device using cotainerless process
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17K06878
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
永山 勝久 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (80189167)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 液滴溶融凝固法 / ドロップチューブ法 / 液相エピタキシャル成長 / 透明電気炉 / Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体 / 強磁性シリサイド半導体 / 磁性半導体 / 窒化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題の2年目となる平成30年度においては、本研究が目的とする無容器プロセスを用いた単結晶半導体と窒化物及び新デバイス創製に対し、特に，下記４つの項目を中心に実験と解析を行った。
（１）透明電気炉を用いた液滴溶融凝固法による単結晶Siウエハ表面からのⅢ-Ⅴ族化合物半導体GaSb及びInSbの液相エピタキシャル成長
（２）ドロップチューブ法を用いた強磁性Feシリサイド半導体微粒子創製
（３）ドロップチューブ法を用いたMn添加GaSb及びInSb磁性半導体単結晶新デバイス創製
（４）透明電気炉を用いた直接窒化法による窒化物創製
（１）は、申請初年度に得られた成果を踏まえて、(100)，(110)，(111)の3方位を有するSiウエハ上でInSbとGaSbを透明電気炉中で液滴溶融凝固させた結果、(111)方位を有するSiウエハ上で液滴溶融凝固させたInSbとGaSbは、基板となるSiウエハの影響を強く受けて(111)方向に液相エピタキシャル成長することが示された。（２）は、強磁性の発現が期待されるFeSi2相とFeSi相の共晶組成及び両化合物相の化学量論組成を有する3組成の母材を用いてドロップチューブ実験を行い、巨大過冷却発現に伴う強磁性Feシリサイド生成について解析を行った。その結果、強磁性相の生成は得られなかったが、FeSi2相がファセット成長に酷似する特異は成長形態を示す結果が認められた。（３）は、内外共に報告のない融液からの磁性半導体単結晶微粒子創製を目指し実験を行った。その結果、Mnを0.5％添加したGaSbとInSb両試料共に単結晶微粒子が生成され、磁性半導体生成に対するドロップチューブプロセスの有効性が示唆された。（４）は、透明電気炉を用い、窒素ガス雰囲気中でInを溶融・保持した結果、申請者が考案した直接窒化法によりIn表面に窒化物InNが生成することが認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本申請課題は平成29年度から平成31年度までの3ヶ年の継続研究となるが、【研究実績の概要】に記したように、過去2年間の研究によって、申請者が独自に考案した手法を用いた、液滴溶融凝固法による単結晶Siウエハ上でのInSbとGaSbの(111)方向への強い液相エピタキシャル成長が認められ、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体の融液からの単結晶生成に対する本新たなプロセスの妥当性が明確化されたものと考える。
また、ドロップチューブ法を用いた強磁性シリサイド半導体微粒子生成については、巨大過冷却に伴う強磁性の発現が期待されるFeSi2組成を中心に実験を行った結果、α-FeSi2化合物相がファセット成長に酷似した特異な表面形態を示すことが認めらた。
さらに、内外共に報告のない、ドロップチューブ法を用いた融液からの磁性半導体単結晶微粒子生成を目指し実験と解析を行った結果、Mnを0.5％添加したInSbとGaSbの完全な単結晶構造を有する微粒子生成が可能となる意義ある成果が認められた。
なお、透明電気炉(Gold Furnace)を用いて窒素ガス雰囲気中でInを溶融・保持させ、In表面における窒化物生成について解析を行った結果、ラマン分光測定結果から窒化物半導体InNの生成が示され、内外共に報告のない直接窒化法を用いた窒化物生成に対する本プロセスの有効性が示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請研究の最終年度に向けた今後の研究の推進方策を以下に記す。
（１）に記した項目については、液滴溶融凝固法を用いた単結晶Siウエハ表面からのⅢ-Ⅴ族化合物半導体InSbとGaSbの液相エピタキシャル成長の結果を踏まえて、Mnを中心とした種々の磁性元素(Fe，Ni，Co，Cr，Gd)を添加したInSbとGaSbを(111)方位を有するSiウエハ上で液滴溶融凝固させ、磁性半導体融液からの液相エピタキシャル成長に依存した単結晶成長過程と化合物半導体中における磁性元素の固溶状態について解析を行って行く。
（２）に記した項目については、昨年度の研究で得られたα-FeSi2化合物相の特異な結晶成長に対する解析を目的に、FeSi2とFeSi相の共晶組成とFeSi2相の化学量論組成を有する母材を、傾斜角を有する銅製プレートと曲率を有する円柱体上で落下・溶融凝固させ、定常流れまたは非定常流れに伴うα-FeSi2相の結晶成長機構について解析を行って行く。
（３）に記した項目については、今年度はMn以外の種々の磁性元素(Fe，Ni，Co，Gd)を添加したGsSbとInSb単結晶微粒子試料をドロップチューブ法を用いて作製し、単結晶微粒子生成の形成能に対する磁性元素の効果ついて解析を行うことを計画とする。また、透明電気炉中で種々の磁性元素を添加したInSbとGaSbをSiウエハ上で液滴溶融凝固させ、液相エピタキシャル成長に伴う単結晶の成長機構についても解析を行って行く。
（４）に記した項目については、昨年度の大きな研究成果を踏まえて、透明電気炉中で4族元素かつダイヤモンド構造を有するSnを窒素ガス中で溶融させ、窒化物SnN生成を目指し実験と解析を行っていく。なお、次世代太陽電池として期待されているZn-Sn系窒化物創製実験についても実施することを今後の計画とする。
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| Causes of Carryover |
申請2年目となる平成30年度において、物品費（実験消耗品費）として配分された90万円から残額が生じたためである。従って、これを申請3年目に繰り越し、本申請課題の実験で使用する各種消耗物品費として使用し、本研究の目的遂行を目指す。
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