ゲルマニウム半導体二次元シート結晶：ゲルマネンの創成

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25790056
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 竹内 正太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70569384)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: HOPG表面 / アルミニウム / ラジカル窒素 / 窒化アルミニウム / ゲルマニウム / 二次元層結晶

Outline of Annual Research Achievements

ゲルマニウム二次元シート結晶であるゲルマネンの創成に向けて、ゲルマネン成長用テンプレートの開発を行った。HOPG基板上に3軸[111]配向エピタキシャル成長が期待できるアルミニウム（Al）をHOPG基板上に最大2nm蒸着し、その成長表面を走査型電子顕微鏡・原子間力顕微鏡で初期成長過程を観察した。室温蒸着では、Al原子の拡散距離が短くなるためステップ・テラス領域で10nm程度のAlクラスターを形成した。一方で、蒸着温度を上昇させた場合、Al原子はHOPG基板上のステップ・テラス領域で成長するが、ステップ領域に優先的に成長した。これは蒸着温度上昇によるAl原子の表面拡散距離が増加したため、Al原子がステップ端に到達しやすくなり、ステップ領域でのクラスター密度の増加を確認した。また、室温蒸着後に基板熱処理を行うと、成長表面でライプニング現象が起こることを確認した。この結果から、Al原子のHOPG基板上における表面拡散活性化エネルギーは0.15eVと求められた。
HOPG基板上へ六方晶系絶縁膜形成を実現するため、二次元層状結晶構造を有するAlNの成長を試みた。XRDの測定結果からHOPG 基板上で(0001) 及び[10-11]の配向性を持つAlN の結晶
の成長が確認された。また、AlN の二次元層状結晶であるgraphene-like AlNに起因する回折ピークが確認された。窒素ラジカル装置RF出力の増加に伴い、[10-11] 配向のAlN の回折ピーク強度の減少、及びc軸配向のAlNおよびgraphene-like AlN回折ピーク強度の増加を確認した。この結果から、本実験系においては、HOPG 基板上での二次元層状結晶構造を有するAlN の最適成長条件はRF 出力600W 及び基板温度800℃であるとの結論を得た。