Hexagonal-Ge結晶薄膜形成による光機能創発

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Cubic-diamond型Ⅳ族半導体(c-Si・c-Ge)の性能限界を打破する試みとして、Hexagonal-lonsdaleite型Ge(Hex-Ge)の単結晶薄膜成長手法の確立に注目が集まっている。Hex-Geはzone-foldingによる擬似直接遷移化・有効質量変調による電子移動度向上など、従来のc-Geとは異なる物性の発現・機能向上が期待される。これまでCa介在Geエピタキシ法を用いて、Ⅳ族半導体基板上に成長したCaGe2 結晶薄膜への化学修飾処理によりHex-Ge骨格を有するGe薄膜が形成されることを見出してきたが結晶性の向上が課題であった。そこでRHEEDパタンの精査、XRD評価からCaGe2薄膜の成長条件の最適化を行った。CaGe2下結晶薄膜の評価として、塩酸処理によるCa除去を行い、水素終端処理したHex-Ge原子層(Germanane)の伝導特性を評価したところ、15 KにおいてバルクGeを凌駕する100000 cm2/Vsの正孔移動度と6500 %の磁気抵抗を示すことを見出した。これはHex-Geと良好な接触を形成可能な金属電極材料の探索とCaGe2成長時の最適な基板温度追跡の結果である。また化学処理を用いないHex-Ge結晶薄膜の形成に向けて、Hex-Geと格子整合する新規下地層の探索を行い、下地層上にGeをエピタキシャル成長させることに成功した。今後は透過電子顕微鏡によるHex-Ge構造の直接観察、中赤外領域の光学計測系整備からHex-Geバンドギャップに相当する4um近辺における光機能に関する物性評価に注力する。