Energy band design based on controlling ordered/disordered structure of non-thermal equilibrium group-IV alloy thin films

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01809
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nakatsuka Osamu 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: Ⅳ族半導体 / エピタキシャル成長 / エネルギーバンド / 界面 / ゲルマニウム錫 / 結晶成長 / 薄膜

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed the growth technology of Sn-based group-IV alloy thin films to create novel non-thermal-equilibrium ultra-high Sn-content group-IV alloys that cannot exist in natural thermal equilibrium conditions. We have demonstrated the formation of ultra high-Sn-content GeSn epitaxial layers with Sn contents of 25-50% and a thicknesses of 10-100 nm using InP and GaSb substrates those have lattice constants larger than Ge. In addition, photoluminescence measurements revealed the photoelectric conversion properties of GeSn/GeSiSn stacked structures and multilayered GeSn nanodots/SiO2 structures.

Free Research Field

半導体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、自然界には存在しない平衡固溶限界を数十倍超えて、デバイス応用にも期待できる実効的な膜厚を有する超高Sn組成IV族混晶の創製が達成された。この新奇のIV族混晶は特異なエネルギーバンド構造、電子・光電・熱電物性を有する可能性があり、またもし閃亜鉛鉱型のような規則系の結晶構造が優先的に形成される場合は、擬平衡的な安定性も有している可能性がある。今後、これらの特性がさらに解明されれば、新世代の半導体集積エレクトロニクスにも貢献する波及的応用も期待される。