水素媒介エピタキシーに関する共同研究

• 研究課題/領域番号: 08044146
• 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
• 研究分野: 表面界面物性
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 尾浦 憲治郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029288)
• 研究分担者: サラニン A ロシア, 科学アカデミー, 主任研究員 ; リフシッツ V ロシア, 科学アカデミー, 教授 ; アイゼル I ドイツ, ミュンヘン大学・工学部, 教授 ; 綿森 道夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80222412) ; 片山 光浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70185817) ; EISELE Ignaz University of Munich, Faculty of Engineering, Professor ; LIFSHITS Victor Russian Academy of Sciences, Institute of Automation and Control Processes, Prof ; SARANIN Alexander Russian Academy of Sciences, Institute of Automation and Control Processes, Seni ; サラニン A. 科学アカデミー(ロシア), 主任研究員 ; リフシッツ V. 科学アカデミー(ロシア), 教授 ; アイゼル I. ミュンヘン大学, 工学部(ドイツ), 教授 ; サラコン A. ロシア, 科学アカデミー, 主任研究員 ; リフショツ V. ロシア, 科学アカデミー, 教授 ; ゾトフ A ロシア, 科学アカデミー, 主任研究員
• 研究期間 (年度): 1996 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 13,300千円 (直接経費: 13,300千円); 1998年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 1997年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円); 1996年度: 4,700千円 (直接経費: 4,700千円)
• キーワード: 水素媒介エピタキシー / 表面水素 / 金属 / シリコーン界面 / デルタドープ構造 / サーファクタント / 自己組織化 / STM / イオンビーム / シリコン界面 / 水素媒介エピタキシ- / 表面界面水素 / シリコン表面 / 薄膜成長 / イオン散乱 / 半導体界面 / 水素-表面相互作用 / 表面反応

研究概要

本研究代表者らが見い出した、基板表面に予め吸着させた水素の介在によりその上でのエピタキシャル成長が著しく促進される現象である、「水素媒介エピタキシー」現象は、水素-表面相互作用の基礎科学の観点からのみならず、格子不整合系におけるヘテロエピタキシーの促進や原子レベルで急峻な界面形成の可能性などからも注目されている。本研究では、水素媒介エピタキシー機構の原子レベルでの基礎的解明、ならびに、半導体、金属、セラミックスなど種々の新物質の創製、あるいは水素をトリガーとする自己組織化による量子ナノ構造実現のための基礎データを提供することを目的とした。
本研究では、「水素媒介エピタキシー」現象に対して、原子レベルのメカニズムの解明ならびに、その現象を利用して、表面構造の自己組織化や原子レベルで急峻な界面構造などの応用を試みた。特筆すべき結果として、以下のような新しい事実が得られた。
(1) 水素媒介エピタキシーをSi基板上のGeデルタドープ構造の形成に応用した結果、水素の介在により、Geの表面偏析が抑制され、界面急俊性が改善されることが分かった。
(2) 水素媒介エピタキシーをSi基板上のGeの薄膜成長に応用した結果、膜成長中の水素原子の添加により、水素サーファクタント効果が得られ、層状成長のモードに改善されることが分かった。水素原子は、膜成長中、表面に滞在したあと脱離することを見出し、水素が動的なサーファクタントとして作用することが分った。
(3) 水素をトリガーとする金属2次元相-金属クラスター自己組織化現象においては、下地のSiの再配列構造が水素終端によりそのまま凍結されることが、In/Siなどの系でみられ、Si基板表面構造もまた金属/Si初期界面の構造に依存して自己組織化しうることが分った。
これらの結果は、「水素媒介エピタキシー」のメカニズムの解明の鍵となるものである。

研究成果

• [文献書誌] K.Oura 他4名: "Atomic-hydrogen-induced Ag cluster formation on Si (111) √<3>×√<3>-Ag surface" J.Vac.Sci.Technol.B14. 988-991 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Watamori 他4名: "Reconstruction and growth of Ag on hydrogen-terminated Si (111) surfaces" Appl.Surf.Sci.113/114. 448-452 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Saranin 他8名: "Structural model for the Si (111) -4×1-In reconstroction" Phys.Rev.B56. 1017-1020 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Zotov 他7名: "Structual model for the Si (100) 4×3-In surface-phase" Phys.Rev.B57. 12492-12496 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Oura 他5名: "Quasi-medium energy ion scattering spectroscopy observation of a Geg-doped layer fabricated by hydrogen medicted epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37. 2625-2628 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Katayama 他6名: "Atomic-hydrgen-induced self-organization processes of the In/Su (111) surface phases stodied by scanning tunneling microscopy" Appl.Surf.Sci.130-132. 765-770 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Oura, H.Ohnishi, Y.Yamamoto, I.Katayama and Y.Ohba.: "Atomic-Hydrogen-Induced Ag Cluster Formation on Si (111) -<square root>3x<square root>3-Ag Surface" J.Vac.Sci.Technol.B14. 988-991 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Ohba, I.Katayama, Y.Yamamoto, M.Watamori and K.Oura.: "Reconstruction and Growth of Ag on Hydrogen-Terminated Si (111) Surfaces" Appl.Surf.Sci.113/114. 448-452 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.A.Saranin, A.V.Zotov, K.V.Ignatovich, V.G.Lifshits, T.Numata, O.Kubo, H.Tani, M.Katayama and K.Oura.: "Structural Model for the Si (111) -4x1-In Reconstruction" Phys.Rev.B56. 1017-1020 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.V.Zotov, A.A.Saranin, V.G.Lifshits, J.-T.Ryu, O.Kubo, H.Tani, M.Katayama and K.Oura.: "Structural Model for the Si (100) 4x3-In Surface Phase" Phys.Rev.B57. 12492-12496 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Fuse, K.Kawamoto, T.Shiizaki, E.Tazou, M.Katayama and K.Oura: "Quasi-Medium Energy Ion Scattering Spectroscopy Observation of a Ge delta-doped Layer Fabricated by Hydrogen Mediated Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37. 2625-2628 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Katayama, T.Numata, O.Kubo, H.Tani, A.Saranin, A.Zotov and K.Oura: "Atomic-Hydrogen-Induced Self-Organization Processes of the In/Si (111) Surface Phases Studied by Scanning Tunneling Microscopy" Appl.Surf.Sci.130-132. 765-770 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Zotov 他7名: "Structural Model for the Si(100)4×3-In Surface Phase" Phys.Rev.B57. 12492-12496 (1998)
• [文献書誌] M.Katayama 他5名: "Quasi-Medium Energy Ion Scattering Speotroscopy Observation of a Ge 8-doped Layer Fabricated by Hydrogen Mediated Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37. 2625-2628 (1998)
• [文献書誌] K.Oura 他4名: "The Effect of Hydrogen Termination ob In Growth on Si(100) Surface" Surt.他. 401. L425-L431 (1998)
• [文献書誌] K.Oura 他6名: "Atomic Hydrogen Interaction with the Si(100)4×3-In Surface Studied by Scanning Tunneling Microscopy" Jpn.J.Appl.Phys.37. 3774-3777 (1998)
• [文献書誌] A.Saranin 他10名: "Si(100)2×3-Na Surface Phase : Formation and Atomic Arrangenest" Phys.Rev.B58. 4972-4976 (1998)
• [文献書誌] A.Saranin 他10名: "Scanning Tunneling Microscopy of the 7×7 to 3×1 Transformation Induced on Si(111) Surface by Na Adsorption" Phys.Rev.B56. 7059-7063 (1998)
• [文献書誌] K.Oura 他4名: "Adsorption of atomic hydrogen on the Si (lco) - (2×1)-Sb sursace" Jpn.J.Appl.Phys.36. 4435-4439 (1997)
• [文献書誌] M.Katayama 他4名: "Qvasi-medium energy ion saittering spectrascopy study of Ge-S-layer on So (001)" Appl.Surt.Sci.121/122. 218-222 (1997)
• [文献書誌] A.Saranin 他5名: "STM observation of the atomic hydrogen adsorption on the Si (111) 4×1-In surtace" Appl.Surt.Sci.113/114. 354-359 (1997)
• [文献書誌] A.Saranin 他8名: "Strvctvral malel for the Si (111) -4×1-In reconstruction" Phys.Rev.B56. 1017-1020 (1997)
• [文献書誌] A.Saranin 他5名: "STM tip-mdvced diffosion of In atoms on the si (111) √<3>×√<3>-In surface" Phys-Rev.B56. 7449-7454 (1997)
• [文献書誌] M.Watamori 他4名: "Reconstruction and growch of Ag on hydrogen-terminated Si (111) surfaces" Appl.Surt.Sci.113/114. 448-452 (1997)
• [文献書誌] K.Oura: "Atomic-hydrogen-induced Ag Cluster formation on Si(111)-√<3>×√<3>-Ag surface observed by scanning tunneling microscopy" J.Vac.Sci.&Technol.B14. 988-991 (1996)
• [文献書誌] Y.Tanaka: "Thin film growth-mode analysis by low energy ion scattering" Surf.Sci.363. 161-165 (1996)
• [文献書誌] K.Kawamoto: "Observation of the diffusion of Ag atoms through an a-Si layer on Si(111)by low energy ion scatteering" Surf.Sci. 363. 156-160 (1996)
• [文献書誌] A.A.Saranin: "Indium-induced Si(111)-4×1 Substrate atom reconstruction" Phys.Rew.B53(印刷中). (1997)
• [文献書誌] A.A.Saranin: "STM observation of the atomic hydrogen adsorption on Si(111)-4×1-In surface" Appl.Surf.Sci.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] A.A.Saranin: "Si substrate atoms reconstruction in the Si(111)-4×1-In surface" Appl.Surf.Sci.(印刷中). (1997)