サファイア上高品質テルル化亜鉛薄膜の開発と電気光学効果テラヘルツ波検出素子応用

蓝宝石上高质量碲化锌薄膜的研制及其在电光效应太赫兹波探测元件中的应用

• 批准号: 15J09135
• 负责人: 中須 大蔵
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J09135/
• 关键词: II-VI族化合物半導体; テルル化亜鉛; サファイア基板; 分子線エピタキシー法; 極点図法; 結晶工学; 分子線エピタキシー; サファイア

電気光学効果を利用したテラヘルツ波検知器の実現に向けて、サファイア基板上に面方位を制御した高品質テルル化亜鉛(ZnTe)薄膜を作製することを目指した。また、サファイア基板上へのZnTeの結晶成長機構の解明も目指した。ZnTeの結晶成長機構の解明のため、7種類の異なる面方位サファイア基板上にZnTeを結晶成長させ、結晶方位の評価を行った。その結果、サファイア(0001)//ZnTe(111)の方位関係を保って結晶が成長する機構とサファイア(11-20)//ZnTe(111)の方位関係を保つ結晶成長機構が発見されている。しかしながらZnTe(110)の成長が期待できる基板を用いた場合では、これらの規則通りとはならなかったことを見出している。これらの結果より、サファイア基板上ZnTe薄膜の成長機構を明らかにした。また、基板に微小な傾きを導入し、さらに基板を熱処理することで、ZnTe薄膜の高品質化が達成されるという結果が得られた。一方、m面は熱処理すると、2種類の異なる面が表面に現れたナノファセット構造が得られ、そのナノファセット基板上ZnTe薄膜はナノファセット由来の結晶成長が現れ、良い結晶が得られた。他にも化学処理をおこなったサファイア基板がZnTe薄膜の結晶成長に与える影響や基板と薄膜の間に堆積させるバッファ層の複数層化がZnTe薄膜へ与える影響などを調査した。これらの方法により基板表面状態や界面状態を制御することで、ZnTe薄膜の高品質化を達成した。選択横成長による更なる転位数の減少を目指し、二酸化ケイ素でパターン状に覆ったサファイア基板上ZnTe薄膜の選択成長の検討を行った。50nmの厚みを持つパターンを形成したサファイア基板では、350度でZnの分子線が強く、成長速度を遅くしたときに、選択成長することが明らかになった。

The application of electrical optics to the manufacture of high-quality ZnTe thin films is described in detail below. The crystal growth mechanism of ZnTe on the substrate was studied. The crystal growth mechanism of ZnTe is analyzed, and the crystal orientation of ZnTe on the substrate is evaluated. As a result, the orientation relationship between ZnTe (0001)/ZnTe (111) and the crystal growth mechanism was maintained. The growth of ZnTe(110) is expected to occur when the substrate is used. The growth mechanism of ZnTe thin film on the substrate was investigated. The high quality of ZnTe thin films was achieved by heat treatment of the substrates. A square, m surface heat treatment, two kinds of different surface structure, two kinds of ZnTe thin film on the substrate, two kinds of crystal growth, two kinds of crystal growth. The effect of chemical treatment on the growth of ZnTe thin films on substrates and on the deposition of ZnTe thin films on substrates and on the formation of multiple layers of ZnTe thin films was investigated. This method is used to control the surface state and interface state of the substrate, so as to achieve high quality of ZnTe thin films. Study on the selective growth of ZnTe thin films on substrate by selective growth 50nm thick Zn molecular lines are formed on the substrate at 350 ° C, and the growth rate of Zn molecular lines is increased.

项目成果

Influence of nano-facet structures on the orientation of the ZnTe film on sapphire substrate

纳米面结构对蓝宝石衬底上ZnTe薄膜取向的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Nakasu;W. Sun;M. Kobayashi;T. Asahi
• 通讯作者: T. Asahi

MBE法により作製されたサファイア基板上ZnTe薄膜の結晶性評価

MBE法蓝宝石衬底上ZnTe薄膜的结晶度评价

• 发表时间: 2016
• 作者: 玉川陽菜;中須大蔵;服部翔太;木津健;橋本勇輝;小高圭佑;山本洋輔;孫惟哲;風見蕗乃;王兢;小林正和;朝日聡明
• 通讯作者: 朝日聡明

SiO2マスクを用いたサファイア基板上ZnTeの選択成長

使用 SiO2 掩模在蓝宝石衬底上选择性生长 ZnTe

• 发表时间: 2015
• 作者: 服部翔太;中須大蔵;橋本勇輝;木津健;孫惟哲;風見蕗乃;小林正和;朝日聡明
• 通讯作者: 朝日聡明

Growth and Crystal Orientation of ZnTe on m-Plane Sapphire with Nano-faceted Structure

纳米面结构 m 面蓝宝石上 ZnTe 的生长和晶体取向

• DOI: 10.1007/s11664-016-5165-2
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Electronic Materials
• 影响因子: 2.1
• 作者: T. Nakasu;W. Sun;M. Kobayashi;and T. Asahi
• 通讯作者: and T. Asahi

Epitaxial Relationship Analysis between ZnTe Epilayers and Sapphire Substrates

ZnTe外延层与蓝宝石衬底的外延关系分析

• DOI: 10.1007/s11664-016-4700-5
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Electronic Materials
• 影响因子: 2.1
• 作者: T. Nakasu;T. Aiba;S. Yamashita;S. Hattori;T. Kizu;W. Sun;K. Taguri;F. Kazami;Y. Hashimoto;S. Ozaki;M. Kobayashi;and T. Asahi
• 通讯作者: and T. Asahi