高品質ヘテロ界面・大結晶粒鉄シリサイドによる、高効率赤外発光・受光デバイス

本研究では、β-FeSi_2を用いた外部量子効率1%のSiベースのLED、さらに外部量子効率50%のフォトダイオード(PD)の実現を目指す。(1)ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜の実現に向けた実験本年度は、Si(001)基板上にμmサイズの開口部を設けたSiNxマスクを作製した試料及び、マイクロパターンに加工した極薄top-Si(001)層を持つSOI基板を用いて、ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜の実現に向けた実験を行った。SiNxマスクを用いた試料においては、MOCVD成長時に、最適成長温度・最適成長速度を選択することで、開口部への支配的な選択成長と、開口部からSiNxマスク上部への横方向エピタキシャル成長が確認できた。さらに、SOI基板を用いることで、完全な選択成長にも成功した。これら2つ(選択成長、横方向エピタキシャル成長)は、ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜を実現する上で最も重要になる成長様式である。従って、大粒径鉄シリサイド薄膜の実現に大きく近づいたといえる。(2)原子状水素援用MBE法を用いたキャリア密度低減に関する実験MBE法で作製したβ-FeSi_2薄膜はp型伝導を示し、一般的に10^<18>～10^<19>cm^<-3>程度の残留キャリア密度が存在する。アクセプタとして振舞うSi原子空孔がこの主な原因であると考えられている。本研究では、MBE成長中に原子状水素を同時照射することにより、Si原子空孔を不活性化し、残留キャリア密度の低減を目指す。水素照射しない試料と比較して、水素照射した試料では、さらにキャリア密度が水素照射量に応じて低減し、最小で10^<16>cm^<-3>前半のキャリア密度を持つ試料が得られた。伝導型は水素照射によりn型に変化し、移動度も約300cm^2/Vsにまで向上した。一方、分子状水素を照射して作製した試料では、電気特性は照射しない場合とほぼ変わらない特性を示した。従って、電気特性の向上には、原子状の水素が必須であることが分かった。今後は、原子状水素照射の有無による伝導型の変化を利用し、pn接合を持つ受光素子を作製していく予定である。

本研究では、β-FeSi_2を用いた外部量子効率1%のSiベースのLED、さらに外部量子効率50%のフォトダイオード(PD)の実現を目指す。(1)ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜の実現に向けた実験本年度は、Si(001)基板上にμmサイズの開口部を設けたSiNxマスクを作製した試料及び、マイクロパターンに加工した極薄top-Si(001)層を持つSOI基板を用いて、ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜の実現に向けた実験を行った。SiNxマスクを用いた試料においては、MOCVD成長時に、最適成長温度・最適成長速度を選択することで、開口部への支配的な選択成長と、開口部からSiNxマスク上部への横方向エピタキシャル成長が確認できた。さらに、SOI基板を用いることで、完全な選択成長にも成功した。これら2つ(選択成長、横方向エピタキシャル成長)は、ELOG法による結晶粒径10μm超のβ-FeSi_2薄膜を実現する上で最も重要になる成長様式である。従って、大粒径鉄シリサイド薄膜の実現に大きく近づいたといえる。(2)原子状水素援用MBE法を用いたキャリア密度低減に関する実験MBE法で作製したβ-FeSi_2薄膜はp型伝導を示し、一般的に10^<18>～10^<19>cm^<-3>程度の残留キャリア密度が存在する。アクセプタとして振舞うSi原子空孔がこの主な原因であると考えられている。本研究では、MBE成長中に原子状水素を同時照射することにより、Si原子空孔を不活性化し、残留キャリア密度の低減を目指す。水素照射しない試料と比較して、水素照射した試料では、さらにキャリア密度が水素照射量に応じて低減し、最小で10^<16>cm^<-3>前半のキャリア密度を持つ試料が得られた。伝導型は水素照射によりn型に変化し、移動度も約300cm^2/Vsにまで向上した。一方、分子状水素を照射して作製した試料では、電気特性は照射しない場合とほぼ変わらない特性を示した。従って、電気特性の向上には、原子状の水素が必須であることが分かった。今後は、原子状水素照射の有無による伝導型の変化を利用し、pn接合を持つ受光素子を作製していく予定である。