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高精度歪み制御による直接遷移型IV族混晶半導体の創出と発光特性評価

通过高精度应变控制创建直接跃迁IV族混晶半导体并评估发光特性

基本信息

批准号：
18H05912
负责人：
岡博史
金额：
$ 1.91万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-08-24 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

赤外イメージング技術は暗視装置やマシンビジョンに広く用いられているが、中赤外波長帯域では様々なガス・生体分子の赤外線吸収帯が多く存在することからバイオケミカルセンサとして環境・医療分野への応用も期待されている。本研究課題はシリコン（Si）をベースとした高性能中赤外半導体センサ開発を目指し、IV族混晶であるゲルマニウムスズ（GeSn）のSi基板上直接成長技術と歪み制御によるバンドギャップエンジニアリングに取り組み、GeSn-on-Siフォトディテクターアレイの作製と評価を行った。本年度は固相エピタキシャル成長をベースとした混晶化条件の検討と光学特性評価、受光素子の試作により以下の成果を得た。1) Si基板上GeSn薄膜の固相エピタキシーを検討し、非平衡急速加熱処理がSnの原子拡散抑制と膜の平坦性維持に有用であることを示した。また膜応力の熱処理温度依存性を評価し、最大で0.2%の引張歪み印加を確認した。2) 固相結晶化GeSn薄膜の赤外フォトルミネッセンス測定より発光スペクトルのレッドシフト（0.80→0.69 eV）を観測し、高濃度Sn添加と引張歪み印加による疑似直接遷移型バンド構造への変調を示唆する結果が得られた。また、赤外透過率測定よりSn添加による顕著な赤外吸収促進を確認した。3) Si基板上にMetal-Semiconductor-Metal (MSM)型のGeSnフォトディテクターアレイを試作し赤外ランプ照射に対する明瞭な光応答を観測、Si基板上固相成長GeSnが中赤外受光素子に応用可能であることを示した。

The infrared absorption spectrum of biological molecules is widely used in the application of dark-vision devices, environmental and medical applications. This research topic focuses on the development of high-performance semiconductor substrates, group IV mixed crystals, and direct growth technology on Si substrates, and the preparation and evaluation of GeSn-on-Si semiconductor substrates. This year, the following results have been obtained from the investigation of mixed crystallization conditions, evaluation of optical characteristics and trial operation of photoreceptors 1)The effect of non-equilibrium rapid heating treatment on the suppression of atomic dispersion and the maintenance of flatness of GeSn thin films on Si substrates was demonstrated. The dependence of film strength on heat treatment temperature was evaluated, and the maximum tensile strength of 0.2% was confirmed. 2)The results of the measurement of the red crystal growth of the solid-phase crystallized GeSn thin film, the measurement of the light emission (0.80 - 0.69 eV), and the adjustment of the suspected direct migration structure due to the high concentration of Sn addition were obtained. The determination of the infrared transmittance and the enhancement of the infrared absorption were confirmed. 3)Metal-Semiconductor-Metal (MSM)-type GeSn film on Si substrate was tested for light emission from the substrate. Solid phase growth of GeSn film on Si substrate was demonstrated.