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

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。

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。