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β-FeSi_2は、資源が豊富なFeとSiで構成される半導体であり、禁制帯幅が約0.75eVの間接遷移型半導体であるが、光吸収係数はカルコパイライト半導体並みに大きいとの特徴をもつ。これまで、受光素子や発光素子への応用が期待され、盛んに研究が行われてきたが、Si基板上に結晶成長したβ-FeSi_2薄膜を用いた受光素子、および発光素子では、外部量子効率が室温で1%未満に留まっている。一方、β-FeSi_2バルク結晶を用いた受光素子では、外部量子効率が20%に達するなど、薄膜とバルクで大きな差が生じている。我々は、この原因を、β-FeSi_2薄膜中に存在する欠陥が原因と考えている。欠陥の起源として、β-FeSi_2/Si界面での格子不整合を、さらに、β-FeSi_2膜中の結晶粒界を考えている。前者については、格子不整合率が約5%あったβ-FeSi_2/Si界面に、β-FeSi_2と格子整合するSi_<0.7>Ge_<0.3>層を導入することで、これを0.2%まで低減した。この結果、LEDにおいて、室温ELに必要な注入電流密度を、4A/cm^2から1A/cm^2に下げることに成功した。後者については、Si基板上のβ-FeSi_2薄膜はSi表面に対する整合関係を複数持つため、複数のバリアントが成長し、膜中に欠陥となる結晶粒界が多数存在し、粒径1μm以下の微結晶膜となっている。この問題を、成長初期過程における結晶核密度を極端に下げ、各結晶粒のサイズを拡大することで解決できないか考えている。今年度は、β-Fesi_2結晶核をMBE法にて作製し、その上部にSiO_2マスクをPE-CVD法で堆積した後に、電子線リソグラフィ法とドライエッチング法によりSiO_2マスクの所々に100nmの開口部を設ける手法を用いた。この試料上に、MOCVD法でβ-FeSi_2薄膜を成長したところ、成長レート40nm/minで形成した試料では、成長温度750℃で開口部のみへの選択成長に成功した。しかし、AFM像より、垂直方向には成長しているものの、横方向成長は促進されていなかった。そこで、成長レートを53nm/minに上げたところ、成長の選択性が失われ、SiO_2マスク上にも成長する結果となった。
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