電子線励起による化合物半導体の選択的結晶成長に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03402023
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 柊元 宏 東京工業大学, 工学部, 教授 (50013488)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 和彦 東京工業大学, 工学部, 助手 (80202266)
• Keywords: 選択成長 / 電子線励起 / 化合物半導体 / ケミカルビームエピタキシー / 表面改質

Research Abstract

1.電子線照射による選択成長のための予備実験として、GaAs(100)基板上に、トリエチルガリウム(TEGa)と1000℃で熱分解したアルシン(AsH_3)を原料に用いるGaAsのケミカルビームエピタキシー(CBE)成長を行い、成長過程解明のための基礎データを得た。
また、35Kでのフォトルミネッセンス測定とホール測定による評価から、成長温度の低下に伴い炭素の取り込みが増加することが明らかになった。
2.電子線照射とCBE法を組み合わせた選択成長に成功した。手順は次の通りである。まず、10^<-7>Torr真空中、室温において、GaAs基板上に電子線を照射する。次いで、熱分解AsH_3照射下で基板表面のサーマルクリーニングを行った後、CBE法によりGaAsの成長を行った。基板温度250〜500℃、成長時間1時間において、電子線照射部に高さ10〜60nmで断面形状の急峻な選択的結晶成長を達成した。この選択成長層の厚さは電子線照射量と共に増加し、高照射量では飽和する傾向がみられた。電子線照射により、GaAs基板表面の改質が行われたため、選択成長したと考えている。
選択成長層の表面形状は、成長温度を上げることにより平坦化するが、電子線照射部以外の箇所の成長速度が速くなり、選択性が悪くなる。今後、電子線の照射の条件(加速電圧、電流密度)、照射環境(基板温度等)の最適化が重要と考えられる。
3.新しい方法として、AsH_3を熱分解せずに、同様の選択成長を基板温度500℃で行ったところ、選択成長を見いだした。この方法では、電子線照射部以外の箇所には成長がほとんど起こらないことから、選択性が高く、結晶性の良好な選択成長層を作製するための有効な方法との感触を得た。