新奇量子構造SiGeナノハットおよびナノリングの自己組織的形成

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Si基板上に自己形成されたGeアイランドは、これを保護するSi層でキャッピングされることで、そのサイズ、形状、化学組成が劇的に変わる。本研究は、申請者たちが最近見出した、半球状のGeアイランドの周辺にリング状の「つば」が付随した「ナノハット」の発現メカニズムを解明し、そのサイズと密度を制御するプロセスを構築するとともに、これらナノ構造の量子物性の探索と応用展開の指針を得ることを目的に研究を行った。本年度は高輝度放射光を用いたX線光電子顕微鏡(X-PEEM)・低速電子顕微鏡(LEEM)を用いたシリコン極薄層でキャップしたSiGe(Si-capped SiGe)ナノアイランド表面のナノスケール観察を行った。このSi-capped SiGeは、形成過程の違いにより、ナノハット、ナノドット、及びナノピラミッドと呼ばれる種々のナノ構造を取ることが明かとなった。これらの構造の違いは、Si-capped SiGe中のSi/Ge組成比の違いに起因するものである。さらに、各々のSiGeナノ構造内部でのSi/Ge組成比が数nmスケールで急峻に変化することも明らかにした。SiGeナノ構造に関する研究は、これまで数多くなされてきたが、本研究のようにSiGeナノ構造内部での局所的なSi/Ge組成比(の空間分布)とナノ構造が密接な関連を持つことを明らかにした研究はこれまでにないため、本研究の新規性は高いものであると言える。