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エピタキシヤル成長の基本原理を考えると、不活性に近いアモルファス状態である基板表面に、成長させたい結晶の望みの結晶軸の周期場を何らかの方法で転写できて、その上にこれに習って結晶成長が進行すれば、全く結晶系の異なる材料の基板上に所望の単結晶が成長するグラフオエピタキシ-が可能となると考えられる。本研究はこの現象を利用して、大面積で望みの厚さ、結晶面を持つSiの単結晶薄膜を成長させる技術を確立し、大面積の半導体基板を作製して太陽電池用半導体基板としての実用化への課題を探る事を目標にしている。
これまでのグラフォエピタキシ-基板は、Si(100)基板をアルカリ溶液中で選択エッチングを行い、これを酸化したものおよびNiメッキを用いて転写したものを使用してきたが、表面形状のわずかなズレにより、成長した半導体結晶には結晶粒界が発生し、大面積単結晶基板とはならなかった。平成3年度では、この全面ピラミッド状のグラフォエピタキシ-基板に変えて、基板の一部のみピラミッド化した基板を提案し、その作製条件の確立を行うとともに、Geのグラフォエピタキシ-成長を試みた。表面を酸化膜で被ったSi(100)基板を用い、フォトリソグラフィにより一部酸化膜を取り除いた状態でヒドラジン系エッチャントでピラミッド化した。全面エッチングに比べ反応が速く、液の撹拌も必要なかった。約10分の反応時間で5〜10μmのピラミッド状表面が得られた。これを再度酸化し、W、Al、Geの順に膜を堆積して、本補助金で購入した赤外線導入加熱装置を用いて結晶化を行った。その結果、フラットな基板上のGe膜は、当初の予測通り(111)方位に優先配向しグラフォエピタキシ-条件を満足したが、ピラミッド表面での(100)配向は観測できなかった。成長膜を詳細に調べた結果、GE膜の密度が低く結晶化温度がArレ-ザ-による場合に比べ低すぎたことがわかり、600°C程度まで短時間に加熱する必要があることが示唆された。
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