は じ め にiii

は じ め にシリサイド系半導体（semiconducting silicide）は，これまで LSI 用電極材料として研究され利用されてきた金属シリサイド（metallic silicide）とは異なり，その名の通り，その「半導体としての特性」を生かして，将来の電子デバイスや光エレクトロニクス，フォトニクスの機能材料への応用を目指して研究されている「新しい半導体」である．なお，本書のシリサイド系半導体とは，シリサイド半導体と広く関連した半導体を意味している．
さて，シリサイド系半導体の研究については，これまで，主に米国や欧州の研究成果を収録した解説[1]，会議予稿論文集[2] や専門書[3] が出版されて，世界中の研究者に広く利用されてきた．これらに収録されている研究は2000 年以前のもので，それらの価値は今も変わらない研究が多い．しかし，1995 年から急速に増加した日本人研究者による研究成果やそれまでの知見が修正されたものについては，残念ながらほとんど収録・言及されていない．
我が国では，III - V 族化合物半導体に依存してきた光エレクトロニクスを環境や資源の視点から見直し，それらが抱える課題を解決して持続可能な新しい光半導体材料を研究しようとする動きが，1995 年ごろから活発になった[4]．特に，光通信波長帯で発光する鉄シリサイド（斜方晶 β - FeSi2）の基礎研究や，シリコンテクノロジーとの調和を意図した発光・受光素子の開発など，シリコン光エレクトロニクスを指向した研究が加速された．
こうした動向を受けて組織的な研究活動を支援するために，応用物理学会に専門の研究会「シリサイド系半導体と関連物質研究会｣[5] が 2000 年 11 月に発足した．その後，応用物理学会学術講演会「半導体 B，14.1 探索的材料物性」，シリサイド系半導体研究会（年 2 回）
，シリサイド系半導体・夏の学校，シリサイド系半導体国際会議（APAC - SILICIDE）が定期的に開催

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は じ め にされ，シリサイド系半導体関連の材料や応用研究の進展に大きく役立ってきた．これらの会議で得られた多数の知見は Thin Solid Films 特集号[6 - 9]，国際会議予稿集[10，11]，解説記事[12 - 15] などの出版事業を通じて，世界に向けて発信されてきた．
一方で，ここ十年余りの最新の知見を整理・集約し，それらの基礎や研究の最前線を研究者や学生・院生が勉学できるような教科書・参考書の必要性がますます高まってきた．こうした状況を受けて，研究会では我が国において得られた研究成果を中心に，各分野の専門家が分担執筆した教科書が企画されることとなり，研究会記念事業として本書が出版されることになった．
本書は，まずはこれから研究を始めようとする研究者，学生・院生のための教科書・参考書として役立つことを念頭に執筆されたものである．そのために，半導体の初等的で平易な解説や多数の文献引用を執筆者にお願いしている．執筆者各々の工夫がなされているが，紙面や時間の制限のためにそれが十分であるとはいいがたい結果となった．読者諸氏には，半導体の基礎について書かれた教科書を併読しながら，半導体の一般的な知見を補足することをお願いしたい．
また，本書は，シリサイド系半導体の専門的な研究成果を伝えるために，これまでに学会や専門研究会でその妥当性が十分に検討されている内容を中心に，記述を執筆者にお願いしている．しかしながら，研究が現在進行形である以上，その成果の理解や解釈が流動的であるものや，現状では議論の余地があるものも含まれている．この点については，編者の責任において，あえて本書に整理して収録することとした．読者諸氏は注意深くその内容を吟味し，または結果に疑問を持ち，読者自身が研究の出発点を探す契機として，それらを捉えてもらえれば，編者の意図するところである．
さて，本書には，シリサイド系半導体の基礎（シリサイド系半導体の電子構造と物性，鉄シリサイド系半導体），結晶成長と素材技術（溶液からの結晶成長，気相からの結晶成長，高純度素材の開発），薄膜形成技術（反応性は じ め にv

エピタキシャル成長法，分子線エピタキシャル成長法，有機金属気相成長法，パルスレーザ堆積法，スパッタリング成膜法，イオンビームスパッタ成膜法，シリサイド系半導体ナノ構造，イオンビーム合成法），構造解析（電子顕微鏡法，X 線回折法，ラザフォード後方散乱分光法），鉄シリサイドの物性（電気物性，バルク結晶の光学特性，薄膜の光学特性，フォノン物性，熱電効果，，新しいシリサイドの合成と物性（シリコンク鉄系ホイスラー合金の磁性）
ラスレートの合成と物性，アルカリ金属を利用したシリサイドの合成，
BaSi2 の合成と物性，SrSi2 の合成と物性），そして発光素子，太陽電池，光学応用，フォトニック結晶，スピントロニクスへの応用研究が含まれている（なお，本書では，スパッタとスパッタリングといういい方が混在しているが，どちらも同じ意味で使われていることに注意されたい）．
これらには，我が国の研究者が世界をリードして生まれた，以下に示すようなユニークで特筆すべきものが多く含まれている．
①

広範囲な材料探索の指針となるシリサイドの電子構造の研究．

②

光通信波長での発光素子を目指した，半導体鉄シリサイド（β - FeSi2）の発光特性の基礎研究と室温 EL の実現．

③ 物性解明のためのバルク結晶と，応用を広げる高品質の薄膜成長技術の開発．
④ 半導体素材を目指した金属材料の高純度精製技術の開発．
⑤

アルカリ土類シリサイド BaSi2 の高品質エピタキシャル成長技術の開発と，バンドギャップをベストマッチングさせた太陽電池材料などグリーンテクノロジーへの応用．
⑥

新機能探索のためのシリコンクラスレートや，ジントル（Zintl）相など新しいシリサイドの合成と基礎物性の研究．

⑦

鉄シリサイドの光学特性を生かした光学応用（反射防止膜，高コントラスト・フォトニック結晶）．

⑧

強磁性体シリサイド・ホイスラー（Heusler）合金薄膜の低温エピタvi

は じ め にキシャル成長とスピントロニクスへの応用．
このなかで，⑧の強磁性体シリサイドの研究は，最近急速に進展してきた新しいシリサイドの応用分野である．成長温度を室温付近で行う低温分子線エピタキシャル成長法（5.6 節を参照）は，スピン偏極した電子注入（スピン注入）用の電極形成に最適な，高品質で界面と均一な薄膜形成を可能にする方法として開発されている．
この開発には，シリコン基板上での鉄シリサイド形成メカニズムの研究の蓄積が大いに役立っている（4.3 節，5.6 節を参照）．通常では考えられないような低温（室温付近）でのエピタキシャル成長によって，予想以上に活発な原子の相互拡散を抑制し，原子レベルで平坦なヘテロ界面と規則格子を持つ均一な Fe3Si 薄膜成長が実現されている．さらに，シリコン基板上にエピタキシャル成長させた強磁性体 Fe3Si を用いた磁化ダイナミクスによるスピン注入では，従来素子と比較して，20 倍ものスピン注入効率の向上が達成されている（7.5 節を参照）．
上述したスピントロニクスへの応用例のように，本書が，シリサイド系半導体と関連物質研究のさらなる進展のみならず，（シリコン）光エレクトロニクス，スピントロニクス，グリーンテクノロジー，フォトニクス分野のさらなる進展へのブレークスルーに活用されんことを期待する．

最後に，本書の出版に助成をいただきました公益社団法人応用物理学会に深く感謝いたします．また，企画段階から，いろいろとご教示・助力いただ
きました裳華房編集部の石黒浩之氏に感謝いたします．

初秋の筑豊にて，2014 年

編者

前田 佳均