機能融合デバイス構築に向けたSn系Ⅳ族半導体薄膜の材料設計

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本研究では、新世代の省電力デバイスであるトンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたGeSn系IV族混晶の結晶成長技術、エネルギーバンド構造の解明と制御技術開発を行った。また、混晶の基礎的な材料物性および絶縁膜または金属と混晶との界面物性の制御を目指した。これまでに我々が先駆的に研究を推進してきたGeSn結晶成長技術やプロセス技術をGeSiSn、GeCSn等の2元および3元系IV族混晶薄膜にまで発展させ、これら新規材料におけるエネルギーバンド構造、結晶歪、欠陥構造、キャリア物性、光電相互作用などを包括的に解明し、Si系ナノエレクトロニクスへの融合技術に資するSn系IV族半導体材料の物性制御技術を構築することを目的とした。Sn系IV族半導体材料のナノエレクトロニクス応用に向けて、主に以下の項目に関して研究を準備し、推進した。（1）Sn系IV族混晶結晶成長技術の構築：MBE法あるいはCVD法による結晶成長技術を用いて、成長中の原子状水素照射によって表面マイグレーションを制御し、高温成長時のSn析出抑制した低欠陥GeSn層の成長技術を検証するための試料作製を準備した。（2）Sn系IV族半導体材料の結晶欠陥および歪構造解明：透過電子顕微鏡やマイクロ回折などの結晶構造分析技術を駆使して、Sn系エピタキシャル層の局所歪構造や原子尺度の欠陥構造同定をおこなうための試料を準備した。また、SPring-8の高輝度放射光施設のマイクロビーム回折や広域X線吸収微細構造（EXAFS）測定等による局所歪や原子結合構造の詳細分析による結晶物性の解明のための試料を準備した。（3）Sn系IV族半導体材料の電子・光物性の解明：高Sn組成GeSn層の電子・光物性の解明を進めた。作製したGeSnおよびSiGeSn層のキャリア物性、光吸収特性、発光特性等の分析評価を行い、GeSn層の光電子物性制御に向けた基礎的知見の獲得を目指した。