| 研究課題/領域番号 |
21H01809
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
中塚 理 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | Ⅳ族半導体 / エピタキシャル成長 / エネルギーバンド / 界面 / ゲルマニウム錫 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、非平衡的な規則系あるいは不規則系の新奇超高Sn組成IV族混晶薄膜を創製し、その電子物性の解明・制御に基づいて、新世代固体素子発展に資する工学基盤の構築を目指す。Sn組成50%に達する超高Sn組成GeSnあるいはSiSn薄膜の創製、およびその結晶・電子物性を解明し、次世代ナノエレクトロニクスの発展に資する、新奇IV族混晶半導体薄膜の物質科学の深耕を図る。本年度に得られた主な成果を以下に記す。
(1)大格子定数InP(001)基板上において様々な条件で、Sn組成25%のGeSn混晶のエピタキシャル成長を試みた。XRD2次元逆格子空間マップ測定の結果、膜厚15 nmの薄膜GeSn層の100℃の低温成長後、Sn析出のない均一平坦なSn組成25%のGeSnエピタキシャル層の形成を実証した。また、膜厚が100nmまで増加するとともに、面内で局所・散発的にSn析出が生じ、Sn組成10%程度のGeSn層領域が形成されることが顕微ラマン分光測定から明らかになった。
(2)絶縁膜上への30%以上の高Sn組成GeSn層の堆積を試みた結果、設計Sn組成40%において、室温においてもGeSn層の多結晶化が生じ、XRDの測定からは30%を超える高格子置換位置Sn組成を有するGeSn層の形成が明らかとなった。また、設計Sn組成40%、膜厚5nmの極薄GeSn層を100℃で堆積した結果、顕微ラマン分光およびAFM測定から格子置換位置Sn組成が38%に達する粒径15nm程度のGeSnナノドット構造の形成を実証した。
(3)GeSn/GeSiSnヘテロ構造による多重量子井戸構造の形成とその結晶・光電物性を評価した。Sn組成8%のGeSn層を有する二重量子井戸構造のフォトルミネッセンス測定から、複数の準位間遷移過程に対応すると推測される発光ピークを観測し、キャリア閉じ込めが効果的に機能することを実証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平衡固溶限界を大きく超える30％以上の高格子置換位置Sn組成GeSn層の形成とその成長条件、結晶・電子物性に関する成果を得ており、次年度以降に向けた結晶成長技術と知見の蓄積が進められている。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)大格子定数基板上に形成した高Sn組成IV族混晶エピタキシャル薄膜の結晶・光学物性：GaSb基板（d=0.60959nm）、あるいはInAs基板（d=0.60584nm）上の高Sn組成GeSnあるいはSiSn層の結晶・電子・光電物性の評価を進める。
(2) 高Sn組成GeSn、GeSiSnあるいはSiSn族混晶薄膜の電子・光電物性評価：高Sn組成IV族混晶のエネルギーバンド構造を詳細解明する。また、結晶ひずみやSn組成がバンド構造に及ぼす影響を定量的に明確化し、規則/不規則構造の違いによる間接・直接遷移化や伝導帯バレー構造の詳細を分析する。
(3) 高Sn組成IV族混晶薄膜/多元混晶ヘテロ構造の形成と界面物性評価： GeSn/SiGeSnなどのヘテロ構造の試作を行い、その結晶物性・光電物性の評価から、量子閉じ込め構造や界面電気伝導特性などを解明する。
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