2013 Fiscal Year Annual Research Report
サーファクタント媒介による緩和Ｇｅ薄膜結晶の形成とデバイス応用
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24246003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鷲尾 勝由 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20417017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (30271993)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| 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 |
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| Research Abstract |
本研究では、サーファクタント媒介による緩和Ge薄膜結晶の形成技術を確立する。本年度は3年計画の第2年度として、緩和Ge結晶の薄膜化に向けて、前年度の研究成果により明白となった、Si基板最表面に堆積したサブモノレイヤ（ML）のCとSiとの結合状態のGe成長への影響に関して重点的に検討した。
堆積したサブMLのCは基板温度の上昇によりC-C結合からSi-C結合にシフトし、1000℃では1/2以上がSi-C結合となり、その結果Geの成長が2次元成長から3次元成長に激変することを示した。この現象はGe吸着原子のC-C結合での核成長とGe拡散長の増大によることを解明し、さらにGe結晶性のC被覆率依存性が成長モードに大きく影響されることを示した。
低温でサブMLのCとGeを連続堆積し、Si界面でのC結合反応とGeの結晶化をアニールにより同時進行した場合のGe成長モードを検討した結果、700℃のアニール処理により結晶性が良好で高密度なドット形成が可能であることを示した。その際のC被覆率とGe堆積膜厚には密接な最適化関係が存在し、多量のCはGe膜中に取り込まれ結晶性を劣化させ、またGe堆積膜厚が過剰でもGeドット密着を生じることを示した。これはSi-C結合反応におけるC-C結合残存とGe堆積膜厚との割合により生じた現象である。
これらの結果は、来年度において、Cの介在制御により同一Si基板上に選択的に2次元の緩和Ge薄膜とGe量子ドットの形成を実現しうる手法を開発するための基盤技術として期待され、ニーズに応じて仮想Ge基板とGe光素子をSi基板上に設置する研究に繋がる。
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| 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Si基板の最表面でのサブMLのCの結合状態を制御して良好なGe薄膜の2次元成長を成長メカニズムの解明とともに進め、Ge吸着原子がCの結合状態によって大きく影響され成長モードが変化することを突き止めた。さらに、CとGeの堆積シーケンスを変更し、Geの量子ドットが形成できることを見出した。これはサーファクタント的に働くCと界面結合でGeの核成長に影響するCを同時に作用させることにより生まれた新しい現象である。以上の事から、当初目的としたサーファクタントの媒介による緩和Geの成長のみならずGeドットにまで展開できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
緩和Ge薄膜の結晶性向上に向けて、(1)サーファクタントであるCの堆積位置依存性を検討する。そのために、C堆積位置をGe/Si界面から徐々に離れた位置とする。そこで、Ge(2)/C/Ge(1)/Siの積層構造とし、Ge(1)膜厚とC堆積量のGe結晶性への影響を調べる。(2)Ge成長時のSi表面のクリーニング条件による成長モードの変化を検討する。そのために、堆積速度、基板温度、さらにはウエット洗浄とチャンバ内熱処理をパラメータに(1)記載のGe(1)の結晶性が緩和Ge薄膜成長全体に及ぼす影響を調べる。(3)Ge/C/Si積層膜の低温成長とアニール処理により、新たに高密度のGe量子ドット形成の可能性を見出した。そこで、Ge堆積温度と堆積量、C堆積量、アニール温度を最適化し、より微小で高密度なGe量子ドットの作製を検討するとともに、Si/Ge QD/Si構造における量子閉じ込め効果を光学特性により確認する。以上の手法により、数10nm程度で緩和Ge薄膜、さらにはGe量子ドットの結晶成長を実現する。以上のことから、成長界面操作と転位発生メカニズムとの関係を、「サーファクタント媒介」において系統的に実験検討するとともに、物性論的な体系化を行う。
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Research Products
(12 results)
