2017 Fiscal Year Annual Research Report
Selective Formation of Relaxed Ge Thin Film and Quantum Dot by Sub-Monolayer Carbon Mediation
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15H03554
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鷲尾 勝由 東北大学, 工学研究科, 教授 (20417017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (30271993)
川島 知之 東北大学, 工学研究科, 講師 (40708450)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / ゲルマニウム / 量子ドット / 機能融合 / 電子デバイス / 光素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、C（カーボン）を媒介した結晶成長モード制御により、緩和Ge薄膜とGe量子ドットを選択的に混載して形成する技術を確立する。本年度は3年計画の最終年度として、Ge量子ドットを均質に多積層する形成法として、（１）Siスペーサ層上に積層毎にCを堆積し歪緩和制御する方法と、（２）SiC混晶をスペーサ層として歪補償する方法を検討した。
Siスペーサ層上のC媒介によるGe量子ドットの多積層形成において、C量が少ない場合Ge量子ドット内部の圧縮歪が大きくなり、Siスペーサ層の凹部でもGeが核成長し、量子ドットが山脈状に繋がり肥大化することが分かった。この課題はC媒介量の最適化により回避でき、ほぼ100%緩和のGe量子ドットをSiスペーサ層凸部に形成（Ge量子ドットの直上形成）できることを確認した。ここで、各Siスペーサ層の歪評価において、Ge量子ドットの多積層形成には積層毎に0.05%程度の圧縮歪をSiスペーサに導入することが有効であるという知見を得た。
SiC混晶をスペーサ層としたGe量子ドットの多積層形成において、C含有量が1%程度の場合にGe量子ドットの緩和率が向上することが分かった。これはSiスペーサに比べて格子定数が短いSiCスペーサによりGe量子ドットに伸張応力を印加した作用によるものである。また、SiCスペーサ上にCを0.1ML程度堆積することによって、平均粒径20nm程度の均質なGe量子ドットを高密度に積層形成できることが分かった。なお、スペーサ層の歪評価により、SiCの場合は積層毎の歪導入が不要であることが分かった。これはSiCスペーサ層自体がSiスペーサ層と同等の応力導入として作用するためであることを確認した。
これらの結果は、Ge量子ドットを必要な発光強度に応じて自在に積層形成するための基盤技術であり、今後の技術の展開に大いに活用できると考えている。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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