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微傾斜表面上における半導体結晶成長の素過程

研究課題

研究課題/領域番号 03044045
研究種目

国際学術研究

配分区分補助金
応募区分共同研究
研究機関東京大学

研究代表者

西永 頌  東京大学, 工学部, 教授 (10023128)

研究分担者 設楽 智也  ロンドン大学インペリアルカレッジ, 研究員
D. Vvedensky  ロンドン大学インペリアルカレッジ, 準教授
B・A・ Joyce  ロンドン大学半導体材料研究所, 所長, 教授
鈴木 貴志  東京大学, 工学部, 学振特別研究員
田中 雅明  東京大学, 工学部, 講師 (30192636)
JOYCE BRUCE.A.  IRC SEMICONDUCTOR MATERIALS, UNIVERSITY OF LONDON, PROFESSOR
VVEDENSKY Dimitri D.  IMPERIAL COLLEGE, UNIVERSITY OF LONDON, ASS.PROFESSOR
VREDENSKY D.  ロンドン大学, インペリアルカレッジ, 準教授
JOYCE B.A.  ロンドン大学, 半導体材料研究所, 所長,教授
研究期間 (年度) 1991 – 1992
研究課題ステータス 完了 (1992年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
1992年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
1991年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
キーワード微傾斜面 / MBE / RHEED / 表面拡散 / 原子ステップ / 過飽和度 / GaAs / AlAs
研究概要

微傾斜面を持つ基板上には多数の原子ステップが現れる。この上に分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy,MBE)法を用いて結晶成長を行うことにより成長の素過程に関する様々な情報が得られる。本共同研究では,日本側が実験と理論,英国側が実験と計算機シミュレーションを行い,この結果を持ち寄り研究討論を行い素過程の解明を行おうとするものである。本研究で得られた成果は次のようにまとめられる。
1)日本側微傾斜面上でのMBE成長では低温で二次元核形成による成長が,高温でステップフロー成長が起る。この成長モードの移り変わりを高速反射電子線回析(RHEED)により検出し,理論解析を行うと原子の表面拡散距離を求めることができる。この手法によりGaAsMBE成長におけるGaとAlの表面拡散距離を求めた。次に,ステップ端でMBE成長がどの程度平衡に近いかを実験的理論的に調べ,GaAsのMBE成長ではステップ端での過飽和度は20%以下であることを明らかにした。これによると,ステップ端では成長は平衡にかなり近いことが示された。次にマイクロプローブRHEED-MBE装置により二つの異なる面を持つ基板上にMBE成長させたときの原子の表面拡散につき調べた。それによると面間を原子が表面拡散により移動するときは部分的にストイキオメトリーが成立しなくなり,特にGaAsの成長の場合,Gaリッチの状態となることがわかった。さらに同じμ-RHEED-MBEにより,成長表面での再構成の動的な変化を調べた。それによると,再構成は二次元的ドメインから始まり,それが成長表面全体に広がる形で移り変わることが発見された。
2)英国側
上記の成長モードの移り変わり近く,低温側でRHEED振動の周期が長くなる現象が発見された。これにはステップ端にとり込まれる成長原子の多い少ないに関する情報が含まれているのでくわしい解析を行った。それによると,取り込みはAs圧によること,従ってステップ端はある程度非平衡であることが示された。さらに,ステップの方位によってモードの移り変わりの温度が異なるのは,表面拡散に異方性があるためではなく,ステップ端での成長反応が容易であるかどうかに関係することがわかった。
1)で述べた二つに面を持つ基板上でのGaAsのMBE成長に関するモンテカルロシミュレーションを行った。具体的には(100)基板に(111)A面で構成されるV形の溝を形成しMBE成長するとV溝から(100)面にGa原子が流れる。この流れのためにV溝のはじから(100)面上で成長速度の不均一が起る。この様子をシミュレーションした。その結果によるとこの流れは各面上での核への取り込みまで含めた流動量の差に起因することが判明した。
3)日英共同の成果
上に述べた各国側の成果は本共同研究の主題である微傾斜面上のMBE成長素過程を各々の得意の分野で分担し意見交換しながら明らかにしたものであるが,これに加えて共同ど作業も行った。すなわち,日本側から鈴木貴志研究分担者が英国に出かけ英国側の設楽智也研究員とともにモンテカルロシミュレーションによりステップ間の原子の分布を求めた。それによると,日本側で理論的に予想していた原子分布に極めて近い分布が得られたが,理論では,無視していたクラスターの寄与がある程度存在していることが明らかとなった。この仕事は共著で論文(Appl. Phys. Lett. 印刷中)として発表されることになっている。
以上2年間という短い期間ではあったが,お互いの研究者の交流や共同での論文発表も行うことができ実り多い共同研究であった。今後,何らかの形で共同研究を継続したいという点で両国側の意見は一致している。

報告書

(2件)
  • 1992 研究成果報告書概要
  • 1991 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (40件)

  • [文献書誌] M.TANAKA,T.SUZUKI T.NISHINAGA: "Surface Diffusion of Al and Ga Ato ns on GaAs(001) and (111)B Vicinal Surface in Molecular Beam Epitaxy" J.Crystal Growth.111. 168-172 (1991)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.SUZUKI,T.NISHNAGA: "Surface Diffusion and Atom Incorpo ration Kinetics in MBE of InGaAs and AlGaAs" J.Crystal Growth.111. 173-177 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 西永 頌: "原子層制御から原子位置制御へ" 日本結晶学会誌. 33. 103-106 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen,M.TANAKA T.NISHINAGA: "Surface diffusion and the growth mechanism of MBE on nonplanar substrates" 10th Rec.Alloy Semicond.Phys.and Electronics Symp.65-72 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.SUZUKI,I.ICHIMURA,T.NISHINAGA: "Equilivrium at the step of GaAs in Molecular Beam Epitaxy" 10th Rec.Alloy Semicond.Phys.and Electronics Symp.57-64 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.SUZUKI,I.ICHIMURA T.NISHINAGA: "Depandence of Ga desorption rate upon the step density in molecular beam epitaxy of GaAs" Japan J.Appl.Phys.30. 1612-1615 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.TANAKA,H.SAKAKIBARA: "Molecular beam epitaxial growth and characterzation of CoAl/AlAs/GaAs metal/semiconductor heterostructures" Appl.Phys.Lett.59. 3115-3117 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.TANAKA,K.ISHIDA H.SAKAKIABARA N.IKARASHI,T.NISHINAGA: "Growth of AlAs/CoAl/AlAs metal/semiconductor heterostructures by molecular beam epitaxy" Surface Science. 267. 38-42 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.SUZUKI,T.NISHINAGA: "The role of step kinetics in MBE of compound semiconductors" J.Crystal Growth.115. 398-405 (1991)

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  • [文献書誌] 鈴木 貴志,西永 頌: "MBE成長における核形成とステップカイネティックス" 日本成長学会誌,. 18. 356-366 (1991)

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  • [文献書誌] M.TANAKA,K.lSHIDA N.lKARASHI,H.SAKAKIBARA T.NISHINAGA: "Atomic-scale morphology and interfaces of epitaxially embedded metal(CoAl)/semiconductor(KaAsa/AlAs)heterostructures" Appl.Phys.Lett.60. 835-837 (1992)

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  • [文献書誌] X.Q.Shen,M.TANAKA T.NISHINAGA: "A Study on AlAs Growth on V-grooved Substrates by MBE" 11th Rec.Alloy Semicond.Phys.and Electronics Symp.333-340 (1992)

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  • [文献書誌] T.NISHINAGA,T.SUZUKI: "Toward understanding the growth mechanim of III-V semiconductors on an atomec scale" J.Crystal Growth.(1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen,M.TANAKA T.NISHINAGA: "Resharpening effect AlAs and fabri-cation of quantum-wires on V-grooved substrates by molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth.(1992)

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  • [文献書誌] X.Q.Shen,T.NISHINAGA: "Arsenic Pressure Dependence of Surface Diffusion on V-grooved Substrates Studied by μ-RHEED" Proc.6th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 79-84 (1993)

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  • [文献書誌] D.D.Vvedensky,N.Haider,T,SHITARA T.SUZUKI and T.NISHINAGA: "Growth Kinetics on Nonplanar Surfaces:Simulations and Analytic Theories" Proc.6th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 141-148 (1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.SHITARA,T.SUZUKI,D.D.VVEDENSKY T.NISHINAGA: "Cocentration Profiles of Surface Atoms during Epitaxial Growth on Vicinal Surfaces" Appl.Phys.Lett.(1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Suzuki, I.Ichimura and T.Nishinaga: "Dependence of Ga desorption rate upon the step density in molecular beam epitaxy of GaAs" Japan J. Appl. Phys.1612-1615 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tanaka, H.Sakakibara and T.Nishinaga: "Molecular beam epitaxial growth and characterization of Coal/AlAs/GaAs metal/semiconductor heterostructures" Appl. Phys. Lett.59. 3115-3117 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tanaka, K.Ishida, H.Sakakibara and N.Ikarashi, T.Nishinaga: "Growth of AlAs/CoAl/AlAs metal/semiconductor heterostructures by molecular beam epitaxy" Surface Science. 267. 38-42 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Suzuki and T.Nishinaga: "The role of step kinetics in MBE of compound semiconductors" J. Crystal growth.115. 398-405 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishinaga and T.Suzuki: "Nucleation and Step Kinetics in MBE" Jpn.Assoc.Cryst.Growth. 18. 356-366 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tanaka, T.Suzuki and T.Nishinaga: "Surface Diffusion of Al and Ga Atoms on GaAs(001) and (111)B Vicinal Surface in Molecular Beam Epitaxy" J. Crystal Growth. 111. 168-172 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Suzuki and T.Nishinaga: "Surface Diffusion and Atom Incorporation Kinetics in MBE of InGaAs and AlGaAs" J. Crystal Growth.111. 173-177 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishinaga: "From Atomic Layer Controlled Epitaxy to Atomic Position Controlled Epitaxy" Crystallographic So. Japan.33. 103-106 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen, M.Tanaka and T.Nishinaga: "Surface diffusion and the growth mechanism of MBE on nonplanar substrates" 10th Rec. Alloy Semicond. Phys. and Electronics Symp.65-72 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Suzuki, I.Ichimura and T.Nishinaga: "Equilibrium at the step of GaAs in Molecular Beam Epitaxy" 10th Rec. Alloy Semicond. Phys. and Electronics Symp.57-64 (1991)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tanaka, K.Ishida, N.Ikarashi, H.Sakakibara and T.Nishinaga: "Atomic-scale morphology and interfaces of epitaxially embedded metal (CoAl)/semiconductor (GaAsa/AlAs)" Appl. Phys. Lstt.60. 835-837 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen, M.Tanaka and T.Nishinaga: "A Study on AlAs Growth on V-grooved Substrates by MBE" 11th Rec. Alloy Semicond. Phys. and Electronics Symp.333-340 (1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishinaga and T.Suzuki: "Toward understanding the growth mechanism of III-V semiconductors on an atomic scale" J.Crystal Growth.(1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen, M.Tanaka and T.Nishinaga: "Resharpening effect of AlAs and fabrication of quantum-wires on V-grooved substrates by molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth.(1992)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Q.Shen and T.Nishinaga: "Arsenic Pressure Dependence of Surface Diffusion on V-grooved Substrates Studied by mu-RHEED" Proc.6th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 79-84 (1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] D.D.Vvedensky, N.Haider, T.Shitara, T.Suzuki and T.Nishinaga: "Growth Kinetics on Nonplanar Surface : Simulations and Analytic Theories" Proc.6th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 141-148 (1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shitara, T.Suzuki, D.D.Vvedensky and T.Nishinaga: "Cocentration Profiles of Surface Atoms during Epiraxial Growth on Vicinal Surfaces" Appl. Phys. Lett.(1993)

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      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tanaka,T.Suzuki,T.Nishinaga: "Surface diffusion of Al and Ga atoms on GaAs(001) and (111) B Vicinal Surface in molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth. 111. 168-172 (1991)

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      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Suzuki,T.Nishinaga: "Surface diffusion and atom in corporation Kinetics in MBE of InGaAs and AlGaAs" J.Crystal Growth. 111. 173-177 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Suzuki,I.Ichimura,T.Nishinaga: "Dependence of Ga desorption rate upon the step density in molecular beam epitaxy of GaAs" Japan J.Appl.Phys.30. L1612-L1615 (1991)

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      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishinaga,T.Suzuki: "The role of step kinetics in MBE of Compound semiconductors" J.Crystal Growth. 115. 398-405 (1991)

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      1991 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tanaka,N.Ikarashi,H.Sakakibara,K.Ishida,T.Nishinaga: "Atomic-Scale morphology and interfaces of epitarially embeded metal (CoAl)/Semiconductor (GaAs/AlAs) hetro structure" Appl.Phys.Lett.60. 835-837 (1992)

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  • [文献書誌] 西永 頌: "MBE成長における核形成とステップカイネティクス" 日本結晶製長学会誌. (1992)

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      1991 実績報告書

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公開日: 1991-04-01   更新日: 2016-04-21  

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