低コスト太陽電池用半導体単結晶基板の新作製法

本年度は昨年度に引き続きGeの液相成長(LPE)に関する研究を行った。昨年度はマスクエピタキシーによるピラミッド構造の作製を行ったが、本年度はメサ型のリッジパターンをあらかじめGe基板上に形成し、Geのステップフリーエピタキシーを試みた。ダイヤモンド構造を持つGe基板上に閃亜鉛鉱型構造をもつGaAsを成長する場合、(001)基板では基板表面にシングルステップが存在すると反位相領域(APD)が生じる。一方、(111)基板では基板表面にシングルステップが存在すると、ステップの両側で結晶方位が回転し、回転双晶が生じる。双方ともデバイス特性の大幅な劣化に結びつくので、Ge基板上に良好なGaAsを成長するためには、表面ステップの問題を解決する必要がある。そこで、本年度は、この問題を抜本的に解決すべくGe基板上のステップフリーエピタキシーを試みた。リッジサイズを減少すれば、ステップ源となるらせん転位が存在しないリッジが得られる。LPE成長の結果、成長速度の高いリッジのほかに成長が抑制されほぼ平坦に成長したリッジが得られた。このリッジは、ステップフリー成長の可能性がある。何故なら、表面上にステップが存在しなければ、極めて平坦な成長表面が得られる。また、ステップ源としてのらせん転位が存在しなければ、成長速度が大幅に抑制される。この平坦なリッジを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価したところ、ステップ源が存在しないことが確認された。しかしながら、1原子層の深さを持つ3角形状のくぼみが存在した。これは、(111)Ge基板の表面対称生を反映したアンチドット構造であり、成因としては成長表面での2次元核発生が考えられる。一方、エッチピットの観察から、平坦なリッジ部でのピット密度は低く、らせん転位が存在しないことが示唆された。

本年度は昨年度に引き続きGeの液相成長(LPE)に関する研究を行った。昨年度はマスクエピタキシーによるピラミッド構造の作製を行ったが、本年度はメサ型のリッジパターンをあらかじめGe基板上に形成し、Geのステップフリーエピタキシーを試みた。ダイヤモンド構造を持つGe基板上に閃亜鉛鉱型構造をもつGaAsを成長する場合、(001)基板では基板表面にシングルステップが存在すると反位相領域(APD)が生じる。一方、(111)基板では基板表面にシングルステップが存在すると、ステップの両側で結晶方位が回転し、回転双晶が生じる。双方ともデバイス特性の大幅な劣化に結びつくので、Ge基板上に良好なGaAsを成長するためには、表面ステップの問題を解決する必要がある。そこで、本年度は、この問題を抜本的に解決すべくGe基板上のステップフリーエピタキシーを試みた。リッジサイズを減少すれば、ステップ源となるらせん転位が存在しないリッジが得られる。LPE成長の結果、成長速度の高いリッジのほかに成長が抑制されほぼ平坦に成長したリッジが得られた。このリッジは、ステップフリー成長の可能性がある。何故なら、表面上にステップが存在しなければ、極めて平坦な成長表面が得られる。また、ステップ源としてのらせん転位が存在しなければ、成長速度が大幅に抑制される。この平坦なリッジを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価したところ、ステップ源が存在しないことが確認された。しかしながら、1原子層の深さを持つ3角形状のくぼみが存在した。これは、(111)Ge基板の表面対称生を反映したアンチドット構造であり、成因としては成長表面での2次元核発生が考えられる。一方、エッチピットの観察から、平坦なリッジ部でのピット密度は低く、らせん転位が存在しないことが示唆された。