環境半導体鉄シリサイドの気相エピタキシャル成長

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光通信に適した波長1.5μmで発光する可能性のある環境半導体材料であるベータ鉄シリサイド(β-FeSi_2)の高品質結晶をシリコン基板上に気相成長することを試みた。昨年度までの熱力学的解析の結果に基づき、鉄およびシリコンの気相原料として、三塩化鉄(FeCl_3)とジクロルシラン(SiH_2Cl_2)用い、これらを水素(H_2)キャリアガスで石英反応管に輸送し、基板温度600-900℃で実験を行った。しかしながらこれまでのところ、デバイス作製に用いることが可能な高品質結晶膜の成長までには至っていない。この原因の一つは均一なβ-FeSi_2の成長が難しいためであると分かった。鉄とシリコンの相図には鉄とシリコンの比によってFe, Fe_3Si, FeSi, β-FeSi_2, Siの5種の固相が存在する。これまでは目的とするβ-FeSi_2がシリコン基板上に選択的に成長するものとしてきたが、実際には成長温度、原料供給分圧、Fe/Si供給比等に依存してこれら5種の固相が混在して成長することがわかった。そこで新たに上記の5種の固相の析出反応および副反応を考慮し、現在、熱力学解析との協調研究によりβ-FeSi_2の高品質結晶が選択的に成長可能な最適条件を検討している。