エバネッセント光励起による単原子層エッチングのSTM観察

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 前田 康二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10107443)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 目良 裕 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40219960)
• Keywords: 単原子層 / エッチング / 光励起 / STM / RHEED / ハロゲン / 半導体 / 電子励起

Research Abstract

表面微細加工の究極的技術である表面1原子層毎のエッチング(単原子層エッチング)を実現する方法として、光を用いて表面の原子を選択的に電子励起し非熱的に脱離させることを試みる。Si/ハロゲンガス系とGaAsの表面をモデル対象にして、どのような条件で単原子層エッチングが実現するかを、STM直接観察、Auger電子分光、及びRHEEDによって調べ、本方法の有効性を基礎的見地から明らかにすることを目視して、今年度は次のことを行った。
1.STMで半導体表面を観察すると、しばしば探針の作用により表面の原子が移動するのが観測される。多くの実験結果は、この現象が探針から少数キャリアが注入されるようなバイアス極性で起こることを示している。少数キャリアは表面の欠陥準位で再結合するきに、荷電効果もしくは再結合促進効果によってその欠陥の反応(脱離を含む)を誘起する可能性がある。この可能性を検証するため、STM探針から少数キャリア注入が起こらないようなバイアス条件のもとで、バンドギャップ以上のエネルギーを持つ光照射により試料表面近くに少数キャリアを注入したときの効果を、p-GaAs(110)劈開面上の各種表面欠陥について調べた。その結果、以前報告されていたAsのアドアトムと推定される欠陥の運動は光照射とは無関係に起こる熱的なものであること、Asの空孔と推定される欠陥は光照射をしても拡散運動が誘起されないことが明らかになった。照射強度から定量的に見積もって、少数キャリア注入効果は存在しないとの結論に達した。
2.光誘起エッチングの励起波長スペクトルを測定するため、Si(113)試料表面にAgCl電気分解セルを用いて塩素原子を照射し、Nd-YAGレーザー励起光パラメトリック発振器からのレーザー光による光誘起エッチング速度を、照射波長の関数としてAuger電子分光法により測定するシステムの立ち上げを行った。