半導体エピタキシャル成長初期過程の評価と制御

本研究では、格子不整合系化合物半導体材料の新しい高品質ヘテロエピタキシ-技術の開発を目標として、水素原子を援用した低温分子線エピタキシ-(MBE)法に関する研究計画を実施した。水素原子は、結晶中では欠陥や不純物準位の不活性化、表面にあってはダングリング・ボンドの終端など電子状態の制御に有効であるばかりでなく、結晶成長機構そのものに対しても大きな効果を及ぼすことが分かっている。本研究ではこの水素原子を積極的に活用して(1)成長表面のC,Oなどの吸着不純物の除去、(2)Ga原子の表面拡散の制御、(3)水素原子吸着による表面エネルギーの修飾による2次元核成長モードの促進を図り、成長過程を直接制御する結晶成長技術を独自に開発、研究した。本年度は、特に水素原子援用MBE法によりGaAs/AlGaAs量子井戸構造の作製およびGaAs-on-Siの低温成長を行い、結晶の品質評価としてAMF,PLなどの計測手段を用いて研究した。時間分解PL測定からはGaAs-on-Si成長膜中の少数キャリア寿命8nsが得られた。これは従来手法の値に比べて2〜3倍長く、高い品質の成長膜が得られていることを示す極めて重要な結果と考えられる。またこの研究成果は、高効率タンデム太陽電池材料の開発や高機能半導体光・電子デバイス、ならびに3次元デバイスなど他の新材料開発分野への波及効果も大きいと考えられる。

本研究では、格子不整合系化合物半導体材料の新しい高品質ヘテロエピタキシ-技術の開発を目標として、水素原子を援用した低温分子線エピタキシ-(MBE)法に関する研究計画を実施した。水素原子は、結晶中では欠陥や不純物準位の不活性化、表面にあってはダングリング・ボンドの終端など電子状態の制御に有効であるばかりでなく、結晶成長機構そのものに対しても大きな効果を及ぼすことが分かっている。本研究ではこの水素原子を積極的に活用して(1)成長表面のC,Oなどの吸着不純物の除去、(2)Ga原子の表面拡散の制御、(3)水素原子吸着による表面エネルギーの修飾による2次元核成長モードの促進を図り、成長過程を直接制御する結晶成長技術を独自に開発、研究した。本年度は、特に水素原子援用MBE法によりGaAs/AlGaAs量子井戸構造の作製およびGaAs-on-Siの低温成長を行い、結晶の品質評価としてAMF,PLなどの計測手段を用いて研究した。時間分解PL測定からはGaAs-on-Si成長膜中の少数キャリア寿命8nsが得られた。これは従来手法の値に比べて2〜3倍長く、高い品質の成長膜が得られていることを示す極めて重要な結果と考えられる。またこの研究成果は、高効率タンデム太陽電池材料の開発や高機能半導体光・電子デバイス、ならびに3次元デバイスなど他の新材料開発分野への波及効果も大きいと考えられる。