自由に組成制御されたスズ系三元半導体混晶の開発と熱電発電応用の検討

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粒界および重いSn原子による熱伝導率の低減が期待される多結晶シリコンゲルマニウムスズ(SiGeSn)三元混晶の形成とその組成制御に向け、本年度は主に結晶化プロセスおよび混晶化プロセスを分離した新たな成長手法を用いた、多結晶SiGeSn薄膜の形成技術開発に関する研究を行った。酸化シリコン(SiO2)上に自己整合的に形成される結晶スズナノドット(Sn-ND)を結晶核として用いてSiおよびGeを同時に堆積した場合、GeとSnが優先的に結晶化し、Siが非晶質のまま取り残されるのに対し、Sn-ND上にSiを堆積および固相成長・結晶化した多結晶SiSnを予め形成し、これを結晶核として後発的にGeを固相成長させ混晶化した場合に薄膜全体が結晶化可能であることが示された。成長直後の結晶の格子置換位置Si組成およびSn組成はそれぞれ10.8%および3.5%であり、300度における後熱処理によってそれぞれ32.1%および12.1%に増大可能であることが示された。この組成は、多結晶SiGeSnの組成として最も高く、非平衡成長による組成増大が比較的容易な単結晶SiGeSnで報告されている組成を超えている。結晶化温度の高いSiをSn-NDを用いて低温(225度)で結晶化可能である点および、これを結晶核としたGeの低温固相反応による高Si, Sn組成多結晶SiGeSn形成させることが可能である点について学術論文にまとめた。