埋め込みデバイス層を有する高機能ヘテロエピタキシャル層の形成

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450011
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
• 研究分担者: 大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319)
• キーワード: ヘテロエピタキシー / GaPN / Si / GaP / Si / 格子整合 / 格子不整合 / 熱膨張係数差 / ミスフィット転位 / すべり転位

研究概要

本研究では、Siの集積回路と化合物半導体化合物半導体の光デバイスなどを1チップ内で融合した新しい光電子集積回路の基盤技術を構築するために、化合物半導体の活性領域をSiエピ層内に埋め込んだ、ヘテロエピタキシャル構造を形成するための技術を探求することを目的にしている。このため、本年度は以下の二点を目標にして研究を進めた。
(1)Siと格子整合した結晶欠陥が皆無に近いGaPNエピ層を得る。
(2)Si/GaP(N)/Si構造において、熱膨張係数差による表面からのすべり転位の導入を抑止する。
目標(1)については、GaP1-xNx層をN組成比x(N)を変えてSi基板上にMBE法で成長し、X線回析によって格子定数を調べた。その結果、x(N)=2%でSiと格子整合することがわかった。GaPN層とSi基板とのヘテロ界面およびGaPN層内を透過型電子顕微鏡(TEM)で調べた結果、ミスフィット転位も貫通転位もなく、積層欠陥もないことが明らかになった。また、GaPN層をGaP基板上に成長すると、x(N)が大きくなるにつれて格子定数差が大きくなるにもかかわらず、ミスフィット転位が導入されにくくなる、転位のピニング効果およびアロイ・ハードニング効果があることが見出された。
上記(2)については、GaP-on-Siの上にSiをエピタキシャル成長し、Siエピ層の有無による表面からのすべり転位の導入の有無をTEMを用いて調べた。その結果、降温時にSiエピ層の表面にかかる歪みが減少して、Siエピ層にはすべり転位がほとんど導入されないことが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Fujimoto,H.Yonezu,他: "A High Quality GaAsxPl-x/In0,13Ga0,87P Quantum Well Structure Grown on Si Substrate with a Very Few Threading Dislocations"Japanese Journal of Applied PhysicsJ. 38・12A. 6645-6649 (1999)
• [文献書誌] K.Ojima,H.Yonezu,他: "Strain Relaxation in GaP1-xNx Layers Grown on GaP and Si Substrates"7th Int.Conf.On Chemical Beam Epitaxy and Related Growth Techniques,Tsukuba.Workbook. 187-188 (1999)
• [文献書誌] Y.Fujimoto,H.Yonezu,他: "Hight Quality GaAsP0,32/In0,13Ga0,87P/Si Quantum Well Structure with a Very Few Threading Dislocations"41st Electronic Materials Coference,Santa Barabara.Technical Program with Abstracts. 56-56 (1999)