Si-Ge系ヘテロ構造のMBE成長とその2次元電子, 正孔の電気的特性に関する研究

博士論文

本研究は，Si/Ge超格子，SiGe系ヘテロ構造について行われた。電子，及び正孔の量子井戸への閉じこめ効果によって得られる高移動度で，かつ温度特性がフラットであることを利用したデバイスの開発を将来的に考えて研究を進めた。 本論文は次の様な構成となっている。 ●第2章　Si，Geの基礎的物性 : 本章ではSi-Ge系ヘテロ構造の構成元素であるSiとGe の結晶権造，電気的特性，エネルギー帯構造などの基礎的物性を述べる。 ●第3章　実験方法 : 本章では，本研究で使用した分子線エピタキシー(MBE)装置とX線回折，断面透過型電子顕微鏡，ラマン散乱，ホール効果，磁気抵抗効果による評価方法と評価装置を紹介し，基板洗浄，Si清浄面，電極形成法など試料作製の際の前準備について述べる。 ●第4章　Si(001)基板上でのSi/Ge 短周期超格子の作製と評価 : 本章では，RHEED（反射型高速電子回折）強度振動法を用いて，単原子層オーダーで成長を制御できることを示す。さらに成長温度と界面急峻性の関係を評価して，500℃程度の成長温度が望ましいことを明らかにする。 ●第5章　SiO.7GeO.3混品層の成長と評価 : Siを量子井戸層とするSiGe/Si/SiGe 構造を作製するためには，高品質なSiGe層の作製が必要である。本章では，前章で得られた結果をもとにして，基板との間にSi/Ge短周期超格子をバッファー層として挿入することを提案し，その効果をその他のパッファー層と比較することによって，短周期超格子がバッファー層として望ましいことを示す。 ●第6章　Si-Ge 系量子井戸構造 : 本章では，本研究で作製したSi-Ge系量子井戸構造について理論的な計算を行い，井戸幅，スペーサー層幅などの最適値について議論する。 ●第7章　2次元電子ガス構造の作製と評価 : 本章ではSiGe/Si/SiGe構造を作製し，それを評価する。評価は主にホール効果によって行い，磁気抵抗効果も観察する。移動度は十分ではないが，2次元電子ガス構造が得られていることを明らかにする。 ●第8章　2次元正孔ガス構造の作製と評価 : 本章ではSi/SiGe/Si構造を作製し，それを評価した。我々は，正孔の供給層として基板自身を用いるという新しい構造を提案し，量子井戸幅，スペーサー層幅を変化させて量子効果の確認を行う。 ●第9章　結論 : 本研究で得られた結果を総括し，今後の展望について述べる。 ●謝辞 : 本研究を遂行する上で，多くの方々の協力を得たことに対し，謝辞を述べている。

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富山大学・博士(工学)・甲第16号・小幡勤・1997/3/31