P14 応用物理学会SC東海学術講演会 (JSAP SCTS 2014) 有機金属原料化学気相成長法による Ge1-xSnx エピタキシャル層の結晶性 Crystallinity of Ge1-xSnx Epitaxial Layers grown with Metal Organic Chemical Vapor Deposition 名古屋大院工 1, 学振特別研究員 2 犬塚雄貴 1，池進一 1, 2, 浅野孝典 1, 2 竹内和歌奈 1，中塚理 1，財満鎭明 1 ○ Grad. Sch. Of Eng. Nagoya Univ. 1, JSPS Research Fellow 2 ○ Y. Inuzuka1, S. Ike1, 2, T. Asano1, 2, W. Takeuchi1, O. Nakatsuka1, and S. Zaima1 E-mail: [email protected] 研究背景> 現在、次世代半導体材料として Ge1-xSnx 混晶が注目さ Ge1-xSnx004 Ge004 れている。Ge への Sn の添加によってエネルギーバンド構造が変 350˚C 300˚C 280˚C Ge1-xSnx 混晶のさかんな研究により、さまざまな方法で熱平衡固溶限（~1%）を超える Sn 組成を有する Ge1-xSnx 混晶の形成が報告されている[2- 4]。安全な有機金属原料を用いた化学気相成長法（MOCVD 法）では Sn 組成 2%を有する Ge1-xSnx 混晶の形成が報告されているが[5]、その結晶性の評価や Sn 組成の向上は十分でない。そこで本研究では、MOCVD 法による高 Sn 組成 Ge1-xSnx 混晶の形成およびその結晶性の評価を行った。実験方法> Ge(001)基板を化学洗浄後、圧力 2.4kPa の水素雰囲気中において、600˚C、10 分間の熱処理を施し、表面清浄化を行った。Ge 原料および Sn 原料として、Tertiary buthyl germane(TBGe)および Tri buthyl vinyl tin（TBVSn）を用いた。成長温度を 280~350˚C とし、成膜圧力 33kPa、水素雰囲気中にて Ge1-xSnx 膜の成長を行った。特色と独創的な点> CVD 法を用いる Ge1-xSnx 膜の形成で、主に使われている無機金属原料は原料自身に危険性を有する。本研究では、比較的に安全で取扱いの容易な有機金属原料のみを用いた 64.5 65.0 65.5 66.0 66.5 67.0 2θ-ω (deg.) Fig. 1 XRD 2θ-ω scans of GeSn layers on Ge(001) substrate at different temperatures. Omega 77.12830 2Theta 83.28050 Phi 0.00 Chi 0.00 X 0.00 Y 0.00 Z 9.350 omegastep_0.01.xrdml Qy*10000(rlu) 7100 0.5 7080 1.4 7.10 Reciprocal lattice Qy (nm−1) 光学デバイスや電子デバイスへの応用が期待されている。近年、 Intensity (a. u.) 調できる。特に Sn 組成 8%以上では直接遷移化が予測され[1]、 0.9 2.0 7060 3.0 7.05 7040 4.2 6.0 8.3 7020 11.5 7000 7.00 15.9 21.9 6980 30.0 6960 41.2 6.95 6940 56.3 77.1 105.3 6920 143.9 6900 6.90 -5015 -5010 -5005 -5000 -4995 -4990 -4985 -4980 -4975 -4970 −5.015 −5.000 -4.985 Qx*10000(rlu) Reciprocal lattice Qx (nm−1) 196.5 268.3 366.3 500.0 Fig. 2 XRD-2DRSM results around the Ge -224 receprocal point for GeSn layer grown at 280˚C with a Sn contents of 3.9%. Ge1-xSnx 膜の形成を実現し、その詳細な結晶性を解明した。研究成果> Ge1-xSnx 膜の X 線回折（XRD）2θ-ω 測定の結果を図 1 に示す。Ge1-xSnx 膜由来の回折ピークが観察され、成長温度の低減とともに、Sn 組成が 1.3%, 3.2%, 3.9%と増大することがわかった。膜厚フリンジが明瞭に観測されることから、Ge1-xSnx 膜は転位や Sn 析出のない急峻な界面を形成し、Ge 基板上に pseudomorphic に成長していると考えられる。成長温度 280˚C の試料について、Ge Sn − 2− 24回折ピークま 1-x x わりの XRD-2DRSM を行った結果を図 2 に示す。Ge1-xSnx 膜は確かに Ge 基板上に pseudomorphic に成長していることがわかる。また、Qx 方向に広がりの小さな鋭いピークを示していることから、Ge1-xSnx 膜が高い結晶性を有していることがわかった。参考文献> [1] S. Gupta et al., IEDM2011, p.398. [2] Y. Shimura et al., ECS Trans., 33, 205 (2010). [3] R. R. Lieten et al., ECS Trans, 50, 915 (2012). [4] F. Genecarelli et al., ECS J. Solid State Sci. Technol. 2, P134 (2013). [5] K. Suda et al., Abstract of 226th ECS Meet. 1828 (2014). キーワード> Ge1-xSnx, MOCVD 法, エピタキシャル成長