原子レベルでの結晶成長機構(総括班)

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04227103
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 西永 頌 東京大学, 工学部, 教授 (10023128)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤本 正友 NTT光エレクトロニクス研究所, 室長 ; 武居 文彦 東京大学, 物性研究所, 教授 (60005981) ; 佐々木 昭夫 京都大学, 工学部, 教授 (10025900) ; 原田 仁平 名古屋大学, 工学部, 教授 (80016071) ; 西岡 一水 徳島大学, 工学部, 教授 (90035650)
• Keywords: 結晶成長理論 / 核形成 / 表面拡散 / 成長表面構造 / エピタキシ機構 / ヘテロエピタキシ / モンテカルロシミュレーション / ラマン分光法

Research Abstract

本年度は本重点領域研究の最終年度であり、今迄二年間の研究をさらに発展させつつ三年間のまとめを行う方向で研究を行った。先ずAO1)結晶成長理論に関しては多成分系核形成の熱力学理論による厳密解と近似解の導出、結晶成長におけるステップ間相互作用、成長のモンテカルロシミュレーション、分子動力学シミュレーション等を行った。A02)核形成と成長のカイネティクスに関しては、超高真空下でGaAsを微傾斜面上に分子線エピタキシー法で成長させ、二次元核形成を反射高エネルギー電子回析法で調べるとともに、成長速度を局所的に測定することにより成長原子が結晶にくみ込まれるまでの拡散距離を得た。それによると、拡散距離は結晶面指数により異なり、又、As圧によっても大きく異なることが判明した。さらに成長表面に特定の金属を1原子層つけると、核形成の振舞が大きく異なることを明らかにした。次に、A03)成長表面と界面構造に関しては、X線CRT散乱,蛍光EXAFS,表面X線回析法,超高真空反射電子顕微鏡,走査トンネル顕微鏡,電界イオン顕微鏡等を用いて半導体表面、界面の原子スケールでの構造決定,再構成構造の決定,金属原子が表面構造におよぼす影響,高分子結晶の結晶成長過程等を明らかにした。又、A04)エピタキシ機構では、ヘテロエピタキシャル機構に焦点をあて、格子定数差の大きいエピタキシにおける格子緩和と欠陥密度の発生につき調べた。この結果、傾斜基板を用いることにより欠陥導入を抑制することができること、緩和層を利用することにより大きな格子定数差のあるヘテロエピタキシーにおいても高品質な成長層が得られることを示した。A05)環境相と成長機構では、溶液や融液からの成長のような複雑な現実系での結晶成長機構を研究した。これを明らかにするため、時間分解高温X線回析装置,溶液系STM装置,マルチチャンネルラマン分光装置を開発し、酸化物溶液や水溶液からの結晶成長素過程を調べた。