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。

我们的目标是在蓝宝石衬底上制造具有受控平面取向的高质量碲化锌（ZnTe）薄膜，以利用电光效应实现太赫兹波探测器。我们还旨在阐明蓝宝石衬底上 ZnTe 晶体生长的机制。为了阐明ZnTe晶体生长机理，在七种不同晶面取向的蓝宝石衬底上生长ZnTe晶体，并对晶体取向进行了评价。结果，发现了维持蓝宝石(0001)//ZnTe(111)取向关系的晶体生长机制和维持蓝宝石(11-20)//ZnTe(111)取向关系的晶体生长机制。 .然而，当使用预期 ZnTe(110) 生长的基板时，我们发现没有遵循这些规则。这些结果揭示了蓝宝石衬底上 ZnTe 薄膜的生长机制。他们还发现，通过在衬底中引入轻微的倾斜并对衬底进行热处理，可以获得更高质量的 ZnTe 薄膜。另一方面，当对m面进行热处理时，获得了表面出现两种不同类型平面的纳米面结构，并且纳米面衬底上的ZnTe薄膜表现出源自纳米面的晶体生长，从而产生了好水晶。我们还研究了经过化学处理的蓝宝石衬底对 ZnTe 薄膜晶体生长的影响，以及衬底和薄膜之间沉积的多个缓冲层对 ZnTe 薄膜的影响。通过使用这些方法控制基底表面和界面条件，我们获得了高质量的 ZnTe 薄膜。为了通过选择性横向生长进一步减少位错数量，我们研究了在覆盖有二氧化硅图案的蓝宝石衬底上选择性生长 ZnTe 薄膜。结果表明，在50 nm厚图案的蓝宝石衬底上，Zn分子束在350度时很强，当生长速率减慢时会发生选择性生长。

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