シリコン系混晶半導体のグローバル成長制御

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本研究においては、Siと同じIV族材料であるGeやCと、Siとの混晶材料が、格子不整合は存在するものの、結晶構造や物理的・化学的性質において最もSiと整合性に優れ、かつヘテロ構造の緻密な設計により、広範な物性制御が可能な材料として注目し、量子構造作製による電子帯制御、歪みの精密制御のための混晶バルク結晶の作製技術などについて研究を進めてきた。特に、広範な物性制御を可能とするためには、シリコン系混晶半導体の組成制御を、新たな半導体基板として供給できるような巨視的に均一な結晶から、微視的スケールで意図的に組成分散を導入したような結晶まで、自在に実現する技術を確立することが重要である。そこで、本年度は、我々が、これまでにSiGeバルク結晶の成長に利用してきた固液界面の位置・温度の「その場観察」が可能な既存設備の「溶質元素補給高温ゾーン成長装置」において、固液界面の位置を自動認識し、常に固液界面位置(すなわち固液界面温度)を一定に保つように結晶の引き下げ速度をフィードバック制御するシステムの開発に取り組んだ。界面位置の自動認識は、CCDにより取り込んだ画像を、二値化、微分などの処理を施すことにより実現し、最適な引き下げ速度の決定に利用した。この新たに開発したシステムを、実際にSiGeバルク結晶作製に適用することにより、極めて組成均一性に優れたSiGeバルク結晶を実現することに成功した。しかしながら、得られた結晶内は、単結晶ではなく、少傾角粒界を多数含むことがX線回折により明らかとなった。エピタキシャル成長用の基板として利用するには、炉内の温度勾配や、坩堝との濡れ性などを最適化し、結晶性を向上させることが必要となる。