適切な結晶作製条件によりデバイス応用可能な高品質なナノワイヤが簡便で大量に合成可能

ポイント

• シリコン基板全面で高い近赤外域の発光強度と均質性を持つ高機能半導体ナノワイヤの合成に成功。
• 直径5センチのシリコンウエハ上に約7億本の極微細ナノワイヤを簡易な単一処理で形成。
• 光吸収で表面が鏡面から黒くなり、大出力太陽電池やシリコン光デバイスなどへの展開に期待。

概要

北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センターの石川史太郎教授、北海道大学大学院情報科学研究院の村山明宏教授、樋浦諭志准教授、愛媛大学大学院理工学研究科、及び東京大学大学院工学系研究科の柳田 剛教授、長島一樹准教授らの研究グループは、発光・受光機能に優れたガリウムヒ素系半導体ナノワイヤをシリコンウエハ全面に大容量で集積することに成功しました。

ナノワイヤはその一本一本をレーザーや太陽電池、トランジスタとして機能させることができます。今回の報告では、分子線エピタキシーという結晶作製手法で長さ約6ミクロン、直径約250nmのナノワイヤを作製しました。そこで構成元素ガリウムの微細な液滴を用い、圧力や温度といった結晶合成条件を適切にすることで、シリコンウエハ全面に高品質で均質なナノワイヤを大容量で合成できることを発見しました。直径５センチのシリコンウエハ上では、約７億本の微細なナノワイヤを、前処理などを用いず単一の分子線エピタキシー法のみで簡便に形成することができます。

作製したウエハからは良好な発光と効率的な光吸収が得られており、太陽電池の大出力化や、シリコンテクノロジーへの安価で高機能な光機能付加など新しい展開が期待されます。

なお、本研究成果は、2023年2月3日（金）公開のNanoscale Advances誌に掲載されました。

論文情報

論文名：Wafer-scale integration of GaAs/AlGaAs core-shell nanowires on silicon by the single process of self-catalyzed molecular beam epitaxy（自己触媒分子線エピタキシー単一プロセスによるGaAs/AlGaAsコア-シェルナノワイヤのシリコン基板上全面集積）
著者名：峰久恵輔1,2, 村上　諒3, 橋本英季1,2, 中間海音1,2, 坂口健大3, 堤　陸郎3, 谷川武瑠3, 行宗詳規3, 長島一樹4，柳田　剛4, 佐藤紫乃2, 樋浦諭志2, 村山明宏2, 石川史太郎1
（1北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター、2北海道大学大学院情報科学研究院、3愛媛大学大学院理工学研究科、4東京大学大学院工学系研究科）
雑誌名：Nanoscale Advances（ナノ材料学の専門誌）
ＤＯＩ：10.1039/D2NA00848C
公表日：2023年2月3日（金）（オンライン公開）