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2006 年度 実績報告書

SiGe基板単結晶の低欠陥化と歪みを制御した機能性ヘテロ構造の創製

研究課題

研究課題/領域番号 14102020
研究機関東北大学

研究代表者

中嶋 一雄  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80311554)

研究分担者 宇佐美 徳隆  東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20262107)
宇治原 徹  名古屋大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (60312641)
宍戸 統悦  東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50125580)
宇田 聡  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90361170)
キーワードシリコンゲルマニウム / バルク結晶 / 歪みシリコン / 共鳴トンネル / InGaAsN
研究概要

SiGeバルク結晶を基板化し、歪みSiおよび歪みGe薄膜結晶のエピタキシャル成長を試みた。Si_<0.9>Ge_<0.1>バルク基板上の歪みSi中の二次元電子ガスの室温での移動度は、1.9×10^3cm^2/Vsと大きな値を示し、バルク基板利用による構造完全性の優れた歪みSi薄膜結晶実現による移動度の増加を実証した。
Si_<0.1>Ge_<0.9>バルク基板上に二重障壁共鳴トンネルダイオード構造を成長し、メサ型ダイオードを作製し、特性評価を行った。その結果、SiGe系でp型の2次元状態の共鳴トンネルとして、これまでの報告で最も高いピークバレー比が得られた。また、メサのサイズに依存せず大きなピークバレー比が得られ、室温でも共鳴効果は明瞭に観測された。このような安定動作は、構造完全性の優れたヘテロ構造の実現による非共鳴電流の減少と、量子準位のブロードニングの抑制により実現されたと考えられる。
Si_,0.92>Ge_<0.008>バルク基板上に、歪みSi薄膜と歪みGe薄膜が隣接する量子構造を成長し、その特性を、同時に成長を行ったSiGe疑似基板の試料と比較した。フォトルミネッセンス測定では、SiGe擬似基板上の試料では、深い準位に転位起因の発光が見られたのに対し、SiGeバルク基板上の試料では、転位からの発光のない明瞭なバンド端発光が得られ、電子物性だけでなく、光物性の発現に対してもSiGeバルク基板は有用であることを示した。
またInGaAsバルク基板を利用して、GaAs基板では得ることが困難な光通信用長波長帯にバンドギャップを有するInGaAsN薄膜結晶の実現にも成功した。
以上の結果により、全率固溶型状態図を有する多元系バルク単結晶を基板として、歪みが精密に制御され、構造完全性の優れた良質なヘテロ構造が創製可能であること、更に、高性能デバイスの基盤となるような、従来にない優れた物性の発現可能であることを示した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (11件)

  • [雑誌論文] Fabrication of Ge channels with extremely high compressive strain and their magnetotransport properties2007

    • 著者名/発表者名
      K.Sawano, Y.Kunishia, K.Toyama, T.Okamoto, N.Usami, et al.
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth 301/302

      ページ: 339-342

  • [雑誌論文] Growth temperature dependence of lattice structures of SiGe/graded buffer structures grown on Si(110) substrates by gas-source MBE2007

    • 著者名/発表者名
      K.Arimoto, J.Yamanaka, K.Nakagawa, K.Sawano, Y.Shiraki, N.Usami, et al.
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth 301/302

      ページ: 343-348

  • [雑誌論文] Application of Czochralski-grown Si-rich SiGe bulk crystal as a substrate for luminescent strain-controlled quantum wells2007

    • 著者名/発表者名
      N.Usami, R.Nihei, I.Yonenaga, Y.Nose, K.Nakajima
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters (in press)

  • [雑誌論文] Control of strain status in SiGe thin film by epitaxial growth on Si with buried porous layer2007

    • 著者名/発表者名
      N.Usami, et al.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 90

      ページ: 031915(3)

  • [雑誌論文] Improvement in the conversion efficiency of single-junction SiGe solar cells by intentional introduction of the compositional distribution2007

    • 著者名/発表者名
      M.Tayanagi, N.Usami, et al.
    • 雑誌名

      J. Applied Physics 101

      ページ: 054504(6)

  • [雑誌論文] Effect of the compositional distribution on the photovoltaic power conversion of SiGe solar cells2007

    • 著者名/発表者名
      N.Usami, et al.
    • 雑誌名

      Solar Energy Mat. and Solar Cells 91

      ページ: 123-128

  • [雑誌論文] Determination of lattice parameters of SiGe/Si(110) heterostructures2006

    • 著者名/発表者名
      K.Arimoto, J.Yamanaka, K.Nakagawa, K.Sawano, Y.Shiraki, S.Koh, N.Usami
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 508

      ページ: 132-135

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Strain field and related roughness formation in SiGe relaxed buffer layers2006

    • 著者名/発表者名
      K.Sawano, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 508

      ページ: 117-119

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Strong resonant luminescence from Ge quantum dots in photonic crystal microcavity at room temperature2006

    • 著者名/発表者名
      J.S.Xia, Y.Ikegami, Y.Shiraki, N.Usami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 89

      ページ: 201102(3)

  • [雑誌論文] Magnetotransport properties of Ge channels with extremely high compressive strain2006

    • 著者名/発表者名
      K.Sawano, Y.Kunishi, Y.Shiraki, K.Toyama, T.Okamoto, N.Usami et al.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 89

      ページ: 162103(3)

  • [雑誌論文] Suppression of structural imperfection in strained Si by utilizing SiGe bulk substrate2006

    • 著者名/発表者名
      N.Usami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 88

      ページ: 221912(3)

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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