ゲルマニウム結晶における酸素に起因する構造欠陥の形成と物性の解明

本年度はゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成に対する不純物の影響を調べた。そのために高濃度の酸素とスズを同時に含有するゲルマニウム結晶中のサーマルドナー形成過程を評価した。高濃度の酸素とスズ不純物を含有するゲルマニウム単結晶を酸化ホウ素を使用した独自のチョクラルスキー法によって育成した。育成した結晶から切り出した試料の表面をダイヤモンド砥粒によって鏡面研磨し結晶の赤外吸収スペクトルをFT-IRによって評価した。さらに、試料を300～500℃で熱処理し、所定の熱処理時間後の赤外吸収スペクトルから、結晶中の酸素濃度やサーマルドナー濃度の熱処理時間依存性を評価した。また、各試料中のスズ不純物濃度を波長分散型蛍光X分光によって評価した。熱処理温度(300～500℃)やスズ不純物濃度(0～0.2at%)の異なる条件で熱処理によるゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成を赤外吸収スペクトルから評価した。酸素とスズを含有したゲルマニウム結晶中の酸素不純物は、熱処理によって電気的に活性な酸素クラスターであるサーマルドナーを形成した。また、結晶中のスズ不純物濃度が増加するにつれて、その形成速度は低下した。この反応を反応速度論に基づいて解析すると、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物の増加によってサーマルドナー形成反応速度が低下したことが明らかとなった。これはゲルマニウム結晶中の酸素不純物の拡散係数が低下したことを示唆する。さらに、その反応速度低下率のスズ不純物濃度や熱処理温度の依存性は、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物が酸素不純物を引き寄せることで、酸素不純物の拡散を抑制するモデルで説明できることが判明した。このモデルに基づいて解析するとゲルマニウム結晶中でスズ不純物が酸素不純物を束縛するエネルギーは0.38eVであることが判明した。

本年度はゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成に対する不純物の影響を調べた。そのために高濃度の酸素とスズを同時に含有するゲルマニウム結晶中のサーマルドナー形成過程を評価した。高濃度の酸素とスズ不純物を含有するゲルマニウム単結晶を酸化ホウ素を使用した独自のチョクラルスキー法によって育成した。育成した結晶から切り出した試料の表面をダイヤモンド砥粒によって鏡面研磨し結晶の赤外吸収スペクトルをFT-IRによって評価した。さらに、試料を300～500℃で熱処理し、所定の熱処理時間後の赤外吸収スペクトルから、結晶中の酸素濃度やサーマルドナー濃度の熱処理時間依存性を評価した。また、各試料中のスズ不純物濃度を波長分散型蛍光X分光によって評価した。熱処理温度(300～500℃)やスズ不純物濃度(0～0.2at%)の異なる条件で熱処理によるゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成を赤外吸収スペクトルから評価した。酸素とスズを含有したゲルマニウム結晶中の酸素不純物は、熱処理によって電気的に活性な酸素クラスターであるサーマルドナーを形成した。また、結晶中のスズ不純物濃度が増加するにつれて、その形成速度は低下した。この反応を反応速度論に基づいて解析すると、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物の増加によってサーマルドナー形成反応速度が低下したことが明らかとなった。これはゲルマニウム結晶中の酸素不純物の拡散係数が低下したことを示唆する。さらに、その反応速度低下率のスズ不純物濃度や熱処理温度の依存性は、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物が酸素不純物を引き寄せることで、酸素不純物の拡散を抑制するモデルで説明できることが判明した。このモデルに基づいて解析するとゲルマニウム結晶中でスズ不純物が酸素不純物を束縛するエネルギーは0.38eVであることが判明した。