2008 Fiscal Year Annual Research Report
ナノチャネル・ヘテロエピタキシャル薄膜成長法の開発と応用
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20360015
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
市川 昌和 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 教授 (20343147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 芳明 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (60345105)
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| Keywords | ナノ材料 / 半導体物性 / 光物性 / 表面・界面物性 / 量子ドット / 薄膜 / シリコン / ゲルマニウム |
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| Research Abstract |
本研究では、Si基板上に作製した極薄Si酸化膜を利用してナノドットを形成し、さらにこれらのナノドットを種結晶として良質の薄膜をヘテロエピタキシャル成長するためのナノチャネル・ヘテロエビタキシャル薄膜法を開発する。これらの研究により、Si基板上に発光効率の大きい化合物系(GaSb,GaAISb,GeSn)の薄膜デバイスを開発し、Si電子デバイスとSi光デバイスの融合を目指す。本年度は、Si基板表面上にGaSb薄膜とGeSn薄膜を作製する研究を行い、以下に示す結果を得た。
極薄SiO2膜を形成したSi基板表面に比較的高温で少量のGeを蒸着し、Ge+SiO2→GeO+SiOの化学反応を用いてナノドットの成長核となるSi開口部を形成した後、200℃程度の低温でGaとSbを蒸着して、Si基板上に超高密度のGaSbナノドットを形成した。これらのナノドットを種結晶として、GaとSbを前半は400℃の基板温度で、後半は450℃の基板温度で蒸着するという2段階蒸着法によって、表面が平坦で結晶の良い発光効率の高いGaSb薄膜がSi基板上に成長できることが分かった。本試料断面の透過電子顕微鏡によって得られた格子像から、界面における極薄Si酸化膜の存在により、Si基板直上で格子定数の違い(SiとGaSbの格子定数の違い:〜12%)によって発生する歪が殆んど緩和されることも明らかとなった。
同様に、極薄Sio2膜を形成したSi基板表面に比較的高温で少量のGeを蒸着し、上記の化学反応を用いてナノドットの成長核となるSi開口部を形成した後、Snの表面偏析を防止するために、200℃程度の低温でGeとSnを蒸着して、Si基板上に超高密度のGeSnナノドットを形成した。Snの表面偏析を防止するために、200℃と300℃の基板温度でGeとSnを蒸着することによって、300℃のときに比較的表面が平坦なGeSn薄膜が成長することが分かった。今後は、透過電子顕微鏡によるGeSn薄膜結晶構造の評価が必要である。
以上の結果から、本年度はナノチャネル・ヘテロエピタキシャル薄膜成長法の開発に目処をつけることができたと考えている。
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