分子線エピタキシ-の成長素過程の解明と成長表面における原子ステップの制御ー面内極微細構造作製のための基礎研究ー

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02205019
• 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: 田中 雅明 東京大学, 工学部, 講師 (30192636)
• キーワード: 分子線ユピタキシ- / 原子ステップ / 微傾斜基板 / RHEED / (111)B面 / ステップカイネティクス / 表面拡散

研究概要

本研究計画では、分子線エビタキシ-(MBE)において、半導体成長表面でGa原子やAl原子などの111族元素がどのように拡散し＼族元素分子と反応して結晶に取り込まれてゆくのか、特に、原子ステップのある表面上における分子・原子の拡散過程を様々な条件の下で調べることにより、成長物質の輸送過程と原子ステップの振舞いとの関連を明らかにすることを目的として研究を行った。(1)まず、GaAs(001)微傾斜基板表面上へのGaAs.AlGaAs.AlAsのMBE成長における原子ステップの振舞いを成長中にRHEED観察を行うことによって詳細に調べ以下の結果をえた。(1)酸化膜蒸発後GaAsバッファ層を600℃で500A程度成長させるることによって表面に周期的原子ステップが現れ,RHEED回折ビ-ムの分離がみられる。(2)回折ビ-ムの半値幅(原子ステップの不規則性)の時間変化を調べたところ,GaAs.AlAsでは成長時間にあまり依存しないが,AlGaAs成長時には成長時間が経つにつれ回折ビ-ムの半値幅が増大し原子ステップの不規則性が増す。(3)原子ステップの不規則性が最も少ない最適温度が存在することがわかり、GaAs.AlGaAs.AlAsについて求めた。(2)さらに、MBEによる化合物半導体成長における表面拡散とステップカイネティクスを理論的・実験的に詳細に調べた。まず、原子ステップ間での表面拡散と2次元核形成を理論的に扱い,2元化合物半導体の真性表面拡散距離を解折的に求める理論的方法を確立した。さらに,基板温度を変化させることによりRHEED振動が発生したり消滅したりする現象を利用することによって(001)面及び(111)B面上の表面原子拡散過程を明らかにした。また,表面拡散だけでなくステップカイネティクスも考慮に入れることによりMBE成長の理論的モデルをさらに発展させ、混晶の成長においてはステップカイネティクスが重要な役割を果たしていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M.Tanaka,T.Suzuki and T.Nishinaga,: "“Surface Diffusion of Al Atoms on GaAs Vicinal Surfaces in Molecular Beam Epitaxy"," Japanese Juornal Applied Physics 29ー5,L706ー708(1990).29ー5. L706-L708 (1990)
• [文献書誌] T.Suzuki and T.Nishinaga: "“Role of Step Kinetics in the Growth Mechanism of MBE"," 9th Symp.Record of Alloy Semiconductor Physics and Electronics,1990 July,IzuーNagaoka,Japan.187-194 (1990)
• [文献書誌] M.Tanaka,G.Tanaka and T.Nishinaga: "“Behavior of Atomic Steps during the MBE Growth of GaAs,AlGaAs and AlAs on GaAs Vicinal Surfaces:RHEED Observations"," 9th Symp.Record of Alloy Semiconductor Physics and Electronics,pp195ー202,1990 July,IzuーNagaoka,Japan.195-202 (1990)
• [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 Surfaces in Molecular Beam Epitaxy"," Proc.of 6th Int.Conf.on Molecular Beam Epitaxy,to be published in Journal of Crustal Growth(1991). (1991)
• [文献書誌] T.Suzuki and T.Nishinaga,: "“Surface Diffusion and Atom Incorporation Kinetics in MBE of InGaAs and AlGaAs"," Proc.of 6th Int.Conf.on Molecular Beam Epitaxy,to be published in Journal of Crustal Growth(1991).(1991)
• [文献書誌] T.Nishinaga and T.Suzuki,: "“Surface Diffusion Coefficient in MBE by Collision Time Approximation"," Proc.of 4th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism,pp34ー40,Tokyo,1991 January.34-40 (1991)