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エピタキシャル成長界面での積層欠陥の形成・結晶破損・電子物性の第一原理的理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 13640319
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
研究機関千葉大学

研究代表者

中山 隆史  千葉大学, 理学部, 助教授 (70189075)

研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2002年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードエピタキシャル成長 / 積層欠陥四面体 / 分子動力学 / 第一原理計算 / 転位 / 欠陥芯構造 / 混晶化 / 表面極性反転 / 積層欠陥 / 極性反転 / 界面形成 / シリコン / 窒化物半導体 / 電子構造 / 積層欠陥芯 / ドーム構造 / 熱消滅 / 拡散 / モンテカルロ・シミュレーション / ヘテロエピタキシー / アンチサイト / 電荷不整 / 融解消滅 / 空孔
研究概要

本研究の目的は、半導体のエピタキシャル成長時に界面で発生するピラミッド及び平面型の積層欠陥の形成機構と電子物性を明らかにすることである。以下の知見が得られた。
1.ホモエピ成長時の積層欠陥四面体(SFT):開発した分子動力学法と第一原理計算を用いて、塩素吸着したSi(111)表面に発生するSFTを調べ、(1)吸着塩素が2個以上隣接すると塩素を覆うドーム構造が形成されSFTの頂点芯構造となること、(2)SFTの綾でSiは稜方向にダイマーを形成して安定化すること、(3)SFTの頂点・稜・面はいずれもSiバルク内の電子・正孔に対して量子井戸層になること、(4)SFTは表面からの転位の拡散により熱消失することを明らかにした。本理論はNTTの蟹沢らの実験をよく説明する。
2.ヘテロエピ成長時の積層欠陥四面体(SFT):GaAs基板上へのZnSe成長を調べ、(1)界面電荷不整ボンドがSe、Asのアニオンアンチサイトを発生させ、上部の空孔サイトを伴ってSFT頂点芯構造を形成すること、(2)GaAs基板上のAs密度やZnSe供給ガス中のSe密度が多い成長条件では高密度のSFT発生が起こることを明らかにした。本結果は東北大の八百らの実験をよく説明する。
3.界面での平面型欠陥発生現象:半導体基板上に薄膜金属層が形成されると、(1)Au/Siのように金属の電気陰性度が大きい場合、金属原子と半導体原子の相互拡散が混晶化を引き起こすこと、(2)Al/AlNのように金属側の電気陰性度が小さい場合、薄い金属層は下地構造を維持し表面極性を反転すること、(3)InAs/GaAsのような格子定数不整界面では、歪みを緩和するためにカチオン原子の混晶化が起きると共に、表面にカチオンアニオン両方のダイマーが発生しこれらが転位の芯構造となることを明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (58件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (58件)

  • [文献書誌] R.Kobayashi: "Theoretical Study on Generation and Atomic Structures of Stacking-Fault Tetrahedra in Si Film Growth"Thin Solid Film. (印刷中). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ishii: "Flat-band exciton in two-dimensional Kagome quantum wire systems"Phys.Rev.B. 69. 085325-1-085325-7 (2004)

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  • [文献書誌] 中山隆史: "反射率差分光による表面/界面の評価と制御 -Si酸化・InAsぬれ層の最近のトピック-"表面科学. 24. 779-785 (2003)

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  • [文献書誌] M.Ishikawa: "Doping into one-dimensional dangling-bond bands of natural quantum-wire-like Ga2Se3 semiconductors"Physica E. 17. 185-186 (2003)

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  • [文献書誌] M.Ishikawa: "First-principles Study on Optical Properties of CaGa2S4"phys.stat.sol.(c). 1. 823-826 (2004)

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  • [文献書誌] J.Inoue: "Nonlinear optical response from Kagome quantum dot array"J.Luminescence. 102-103. 226-231 (2003)

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  • [文献書誌] 中山隆史: "反射率差分光は何を見ているのか?-表面・界面構造を理解するための実験と理論-"固体物理. 38. 201-211 (2003)

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  • [文献書誌] T.Kita: "Optical reflectance study of the wetting layers in (In, Ga)As self-assembled quantum dot growth on GaAs(001)"Phys.Rev.B. 66. 195312-1-195312-6 (2002)

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  • [文献書誌] T.Nakayama: "Monte Carlo Theoretical Study of Defect Generation at Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxial Interfaces"Defect and Diffusion Forum. 210/212. 103-111 (2002)

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  • [文献書誌] S.Sakurai: "Electronic Structures and Etching Processes of Chlorinated Si(111) Surfaces"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 2171-2175 (2002)

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  • [文献書誌] H.Ishii: "Flat-band excitonic states of Kagome lattice in quantum wires on semiconductor surface"Surf.Sci.. 514. 206-210 (2002)

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  • [文献書誌] S.Sakurai: "Adsorption, diffusion and desorption of Cl atoms on Si(111) surfaces"J.Cryst.Growth. 237-239. 212-216 (2002)

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  • [文献書誌] M.Ishikawa: "Doping Properties of Ordered-Vacancy Ga2Se3 Compounds ; A Theoretical Study"phys.stat.sol.. b229. 301-304 (2002)

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  • [文献書誌] M.Ishikawa: "Vacancy-Order-Induced Optical Anisotropy in □_1-II_1-III_2-VI_4 Compounds"phys.stat.sol.. b229. 297-300 (2002)

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  • [文献書誌] T.Nakayama: "Defect Formation in Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxy : Theoretical Study"phys.stat.sol.. b229. 311-315 (2002)

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  • [文献書誌] S.Sakurai: "Cl adsorption process on Si(111) surfaces"Surf.Sci.. 439. 143-147 (2001)

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  • [文献書誌] M.Murayama: "Au-Si Boinding on Si(111) Surfaces"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 6976-6979 (2001)

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  • [文献書誌] M.Murayama: "Electronic structures of √<3>×√<3>-Au/Si(111) surface"Surf.Sci.. 439. 626-632 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama: "Defect Formation in Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxy"J.Cryst.Growth. 227/228. 665-669 (2001)

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  • [文献書誌] 中山隆史: "「日本表面科学会編:新改訂・表面科学の基礎と応用」第4章4節"エヌ・ティー・エス社. 9 (2004)

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  • [文献書誌] R.Kobayashi, T.Nakayama: "Theoretical Study on Generation and Atomic Structures of Stacking-Fault Tetrahedra in Si Film Growth"Thin Solid Film. (in press). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishikawa, T.Nakayama: "First-principles Study on Optical Properties of CaGa2S4"phys.stat.sol.(c). 1. 823-826 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ishii, T.Nakayama, J.Inoue: "Flat-band exciton in two-dimensional Kagome quantum wire systems"Phys.Rev.B. 69. 085325-1-085325-7 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishikawa, T.Nakayama: "Doping into one-dimensional dangling-bond bands of natural quantum-wire-like Ga2Se3 semiconductors"Physica E. 17. 185-186 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Inoue, H.Ishii, T.Nakayama: "Nonlinear optical response from Kagome quantum dot array"J.Luminescence. 102-103. 226-231 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama: "Characterization and control of surfaces/interfaces by use of reflectance difference spectroscopy -recent topics on Si oxidation and InAs wetting layers-"Japanese Surface Science. 24. 779-785 (2003)

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  • [文献書誌] T.Nakayama, M.Murayama, T.Yasuda: "What does reflectance difference spectroscopy observe ? -experiments and theory for understanding of surface and interface structures-"KOTAI BUTSURI. 38. 201-211 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kita, O.Wada, T.Nakayama, M.Murayama: "Optical reflectance study of the wetting layers in (In, Ga)As self-assembled quantum dot growth on GaAs(001)"Phys.Rev.B. 66. 195312-1-195312-6 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama: "Monte Carlo Theoretical Study of Defect Generation at Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxial Interfaces"Defect and Diffusion Forum. 210/212. 103-111 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Sakurai, T.Nakayama: "Electronic Structures and Etching Processes of Chlorinated Si(111) Surfaces"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 2171-2175 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ishii, T.Nakayama, J.Inoue: "Flat-band excitonic states of Kagome lattice in quantum wires on semiconductor surface"Surf.Sci.. 514. 206-210 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Sakurai, T.Nakayama: "Adsorption, diffusion and adsorption of Cl atoms on Si(111) surfaces"J.Cryst.Growth. 237-239. 212-216 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishikawa, T.Nakayama: "Doping Properties of Ordered-Vacancy Ga2Se3 Compounds. A Theoretical Study"Surf.Sci.. b229. 301-304 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ishikawa, T.Nakayama: "Vacancy-Order-Induced Optical Anisotropy in □_1-II_1-III_2-VI_4 Compounds"phys.stat.sol.. b229. 297-300 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama, R.Kobayashi, K.Sano, M.Murayama: "Defect Formation in Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxy : Theoretical Study"phys.stat.sol.. b229. 311-315 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Sakurai, T.Nakayama: "Cl adsorption process on Si(111) surfaces"Surf.Sci.. 439. 143-147 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Misao Murayama, Takashi Nakayama, Akiko Natori: "Au-Si Bonding on Si(111) Surfaces"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 6976-6979 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Misao Murayama, Takashi Nakayama, Akiko Natori: "Electronic structures of √3×√3-Au/Si(111) surface"Surf.Sci.. 493. 626-632 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama, K.Sano: "Defect Formation in Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxy"J.Cryst.Growth. 227/228. 665-669 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakayama: "Bases and applications of surface science ; chapter 4"NTS publisher (Tokyo) (in press). 9 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Kobayashi: "Theoretical Study on Generation and Atomic Structures of Stacking-Fault Tetrahedra in Si Film Growth"Thin Solid Film. (印刷中). (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ishii: "Flat-band exciton in two-dimensional Kagome quantum wire systems"Phys.Rev.B. 69. 085325-1-085325-7 (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 中山隆史: "反射率差分光による表面/界面の評価と制御-Si酸化・InAsぬれ層の最近のトピック-"表面科学. 24. 779-785 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Ishikawa: "Doping into one-dimensional dangling-bond bands of natural quantum-wire-like Ga2Se3 semiconductors"Physica E. 17. 185-186 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Ishikawa: "First-principles Study on Optical Properties of CaGa2S4"phys.stat.sol.(c). 1. 823-826 (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] J.Inoue: "Nonlinear optical response from Kagome quantum dot array"J.Luminescence. 102-103. 226-231 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takashi Nakayama: "Monte Carlo Theoretical Study of Defect Generation at Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxial Interfaces"Defect and Diffusion Forum. 210-212巻. 103-111 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Syogo Sakurai: "Electronic Structures and Etching Processes of Chlorinated Si(111) Surfaces"Jpn. J. Appl. Phys.. 41巻. 2171-2175 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Syogo Sakurai: "Adsorption, diffusion and desorption of Cl atoms on Si(111) surfaces"J. Cryst. Growth. 237-239巻. 212-216 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroyuki Ishii: "Flat-band excitonic states of Kagome lattice in quantum wires on semiconductor surface"Surf. Science. 514巻. 206-210 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takashi Kita: "Optical reflectance study of the wetting layers in (In, Ga)As self-assembled quantum dot growth on GaAs(001)"Phys. Rev.. B66巻. 195312-1-6 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 中山隆史: "反射率差分光は何を見ているのか? ---表面・界面構造を理解するための実験と理論---"固体物理. 38巻. 201-211 (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takashi Nakayama: "Defect Formation in Heterovalent ZnSe/GaAs Epitaxy: Theoretical Study"phys. stat. sol.. b229巻. 311-315 (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Masato Ishikawa: "Doping Properties of Ordered-Vacancy Ga_2Se_3 Compounds: A Theoretical Study"phys. stat. sol.. b229巻. 301-304 (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Masato Ishikawa: "Vacancy-Order-Induced Optical Anisotropy in □_1II_1III_2VI_4 Compounds"phys. stat. sol.. b229巻. 297-300 (2002)

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  • [文献書誌] Syogo Sakurai: "Cl adsorption process on Si(111) surface"Surf. Science. 439巻. 143-147 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Misao Murayama: "Au-Si Boinding on Si(111) Surfaces"Jpn. J. Appl. Phys.. 40巻. 6976-6979 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Misao Murayama: "Electronic structures of √3×√3-Au/Si(111) surface"Surf. Science. 439巻. 626-632 (2001)

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      2001 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2020-05-15  

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