Ｓｉ基板上ＧａＡｓ系三元混晶ナノワイヤの成長機構解明と欠陥抑制に関する研究

我々はこれまで， MBE装置を用いたVLS法により，無触媒でSi基板上へのGaAsナノワイヤの作製に成功し，三元混晶であるInGaAsナノワイヤの成長機構を明らかにすることができた。しかし，GaAsの時よりも，三元混晶にすることで結晶内に双晶が発生し易くなり，光学的・電気的特性に影響を及ぼす可能性があると懸念されるため，今年度は双晶の発生に関して検討を行った。また，不純物ドーピングについても検討を行った。Si基板上への無触媒GaAsナノワイヤの成長は，As圧力を変化させて行った。As圧力が低いときには，TEM観察等によりウルツ鉱構造が支配的であったが，As圧力が高くなるにつれて，閃亜鉛鉱構造が支配的になることがわかった。このことを理論的に検討するために，ウルツ鉱構造の1層が双晶であると仮定し，Ga液滴におけるAs吸着原子の過飽和度と，As吸着原子が気相・触媒・結晶界面まで拡散し核を形成した場合の系の自由エネルギー変化を計算し，これらを基に，双晶の発生確率を見積もった。計算した双晶発生確率から，As量が増加するに従って，双晶の発生確率が減少していることがわかった。この結果は，実験結果と同様の傾向を示した。不純物ドーピングの検討では，Siをドープして長さ約35μmのGaAsナノワイヤを成長させた。このナノワイヤを基板から分離させ，Si基板上に分散させ，電子線露光技術を用いて電極を取り付けた。また，熱電性能によるドーピング評価のためにナノワイヤ周辺に熱源も設けた。熱電性能を示す１つのパラメータであるゼーベック係数から，熱電性力率と無次元性能指数を測定し，それらからドープ量を見積もったところ，5.9×10^18 cm^-3 となった。しかし，同様にドープしたバルクGaAsよりもドープ量が1桁程低くなっており，ナノワイヤ中に不純物が取り込まれ難くなっていることがわかった。

我々はこれまで， MBE装置を用いたVLS法により，無触媒でSi基板上へのGaAsナノワイヤの作製に成功し，三元混晶であるInGaAsナノワイヤの成長機構を明らかにすることができた。しかし，GaAsの時よりも，三元混晶にすることで結晶内に双晶が発生し易くなり，光学的・電気的特性に影響を及ぼす可能性があると懸念されるため，今年度は双晶の発生に関して検討を行った。また，不純物ドーピングについても検討を行った。Si基板上への無触媒GaAsナノワイヤの成長は，As圧力を変化させて行った。As圧力が低いときには，TEM観察等によりウルツ鉱構造が支配的であったが，As圧力が高くなるにつれて，閃亜鉛鉱構造が支配的になることがわかった。このことを理論的に検討するために，ウルツ鉱構造の1層が双晶であると仮定し，Ga液滴におけるAs吸着原子の過飽和度と，As吸着原子が気相・触媒・結晶界面まで拡散し核を形成した場合の系の自由エネルギー変化を計算し，これらを基に，双晶の発生確率を見積もった。計算した双晶発生確率から，As量が増加するに従って，双晶の発生確率が減少していることがわかった。この結果は，実験結果と同様の傾向を示した。不純物ドーピングの検討では，Siをドープして長さ約35μmのGaAsナノワイヤを成長させた。このナノワイヤを基板から分離させ，Si基板上に分散させ，電子線露光技術を用いて電極を取り付けた。また，熱電性能によるドーピング評価のためにナノワイヤ周辺に熱源も設けた。熱電性能を示す１つのパラメータであるゼーベック係数から，熱電性力率と無次元性能指数を測定し，それらからドープ量を見積もったところ，5.9×10^18 cm^-3 となった。しかし，同様にドープしたバルクGaAsよりもドープ量が1桁程低くなっており，ナノワイヤ中に不純物が取り込まれ難くなっていることがわかった。