高Sn組成GeSn結晶創成を目指したスパッタエピタキシー法の構築

本研究では光電融合デバイスや赤外センシングへの応用が期待されているゲルマニウムスズ(GeSn)のスパッタリング法によるエピタキシャル成長の確立を目指している。昨年度までにゲルマニウム基板及びシリコン基板で基板温度200℃以上でのエピタキシャル成長を確認でき、両基板上への酸化ケイ素（SiO2）を用いたepitaxial lateral overgrowth(ELO)構造の形成手法を確立した。本年度は基板温度やスズ組成を調整することでスパッタリング法によりゲルマニウム基板上に良質なGeSnの単結晶膜の作製に成功した。作製したGeSn膜は透過電子顕微鏡(TEM)による薄膜断面像から表面に届くような貫通転位等は観察されず、電子線回折結果からも良質なエピタキシャル成長を示していることが分かり、室温での発光特性も良好な値を示した。また、成膜時の設定スズ組成はゲルマニウムのスパッタパワーを調整することで変化させており、設定スズ組成を増減すると、断面TEM像から界面欠陥を確認した。設定スズ組成を下げた場合はゲルマニウムのスパッタパワーが大きいため成膜速度が速くなり非平衡性が強いと考えられ、逆に設定スズ組成を上げた場合は過剰なスズが界面に取り込まれ界面欠陥が生じやすくなると考えられる。これにより、スパッタリング法で固溶限を超えるスズ組成を有し、良質な結晶性の実現したGeSn膜を得るには、成膜時の熱平衡性と非平衡性のバランスが重要であるという知見を得ることができた。また、計画の一つであるレーザー溶融単結晶GeSn上へのGeSnスパッタエピタキシャル膜の形成に向けたレーザーアニール条件の検討も順調に進んでいる。レーザー波長を可視光域にし、レーザーパワー密度を上げることでシリコン基板上でのGeSn細線の形成に成功した。今後はこれを下地に使用したELO構造の作製に取り組む。

本研究では光電融合デバイスや赤外センシングへの応用が期待されているゲルマニウムスズ(GeSn)のスパッタリング法によるエピタキシャル成長の確立を目指している。昨年度までにゲルマニウム基板及びシリコン基板で基板温度200℃以上でのエピタキシャル成長を確認でき、両基板上への酸化ケイ素（SiO2）を用いたepitaxial lateral overgrowth(ELO)構造の形成手法を確立した。本年度は基板温度やスズ組成を調整することでスパッタリング法によりゲルマニウム基板上に良質なGeSnの単結晶膜の作製に成功した。作製したGeSn膜は透過電子顕微鏡(TEM)による薄膜断面像から表面に届くような貫通転位等は観察されず、電子線回折結果からも良質なエピタキシャル成長を示していることが分かり、室温での発光特性も良好な値を示した。また、成膜時の設定スズ組成はゲルマニウムのスパッタパワーを調整することで変化させており、設定スズ組成を増減すると、断面TEM像から界面欠陥を確認した。設定スズ組成を下げた場合はゲルマニウムのスパッタパワーが大きいため成膜速度が速くなり非平衡性が強いと考えられ、逆に設定スズ組成を上げた場合は過剰なスズが界面に取り込まれ界面欠陥が生じやすくなると考えられる。これにより、スパッタリング法で固溶限を超えるスズ組成を有し、良質な結晶性の実現したGeSn膜を得るには、成膜時の熱平衡性と非平衡性のバランスが重要であるという知見を得ることができた。また、計画の一つであるレーザー溶融単結晶GeSn上へのGeSnスパッタエピタキシャル膜の形成に向けたレーザーアニール条件の検討も順調に進んでいる。レーザー波長を可視光域にし、レーザーパワー密度を上げることでシリコン基板上でのGeSn細線の形成に成功した。今後はこれを下地に使用したELO構造の作製に取り組む。