新しい光機能材料GeC/Si混晶のエピタキシャル成長技術とその光学特性の研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18360010
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 布下 正宏 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (70304160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80304161) ; 徳田 崇 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (50314539)
• Keywords: 分子線エピタキシー(MBE) / アークプラズマガン / 半導体ナノ結晶 / 発光デバイス / バイオナノプロセス

Research Abstract

本科研費補助金を受けてSiフォトニクス用発光デバイスの開発を目指し,分子線エピタキシー(MBE)法による新しいGeC/Si(100)ヘテロエピ混晶成長の研究を進めている。研究課題は(1)Ge, Cの非混和性克服と高品質GeC混晶の開発,(2)顕著なバンドボーイングの原因解明と直接遷移型バンドの形成,及び(3)親鉄球状蛋白質フェリチンの自己組織化による『バイオナノプロセス』を適用し,GeCナノ結晶の二次元超格子とSi/GeC/Si(100)DH構造作製による発光特性評価である。今年度の研究成果を次に示す。
1)バイオナノプロセスを用いてフェリチンニ次元配列をsi(100)基板上に吸着後,400℃,10分のO_2雰囲気熱処理により蛋白質を除去し,Fe_2O_3ナノドットカラムを形成し,MBEによる1nm厚のSi極薄膜堆積と希塩酸によるFe_2O_3リフトオフにより直径6nm,密度10^<12>cm^<-2>の微小孔のSi極薄膜ナノマスク作製技術を開発。(H18/9応物学会発表)
2)C分子線源に真空アークプラズマガンを用いて,S-KモードMBE成長によりSi(100)基板上に直径数10nmのGeCナノ結晶を作製し,微弱ながらPL光を観測した。さらに上記の極薄膜Siナノマスクを介してRIEでSiO_2薄膜の微小孔を形成し,MBE選択成長により7±2nm,〜10^<12>cm<-2>のGeCナノ結晶形成に成功。(H19/3応物学会発表)
3)O_3プラズマによるFe内包フェリチンニ次元配列の蛋白質を除去後,PECVDチャンバ内でNH_3プラズマにより還元したFeナノドットを連続して堆積したa-Si薄膜に埋め込み,高真空中,800℃,1時間の固相エピタキシー(埋め込みSPE法)によって直径6.0±0.4nm,密度7.2×10^<11>cm^<-2>の均一なβ-FeSi_2ナノ結晶形成とPL光観測に成功。(H19/3応物学会発表)