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本研究はIII-V族化合物半導体結晶の薄膜作製技術と微細加工技術を一体化させて、新しい半導体極微構造の作製技術とその応用分野を開発することを目的としている。この目的に沿ってまず、集束度の極めて高い電子線を励起源とする選択的な結晶成長技術の研究の必要性を述べ、本研究では基板表面を電子線により改質することで電子線照射部分に結晶薄膜の成長を選択的に誘起していく方法を追究することを述べている。
具体的には、As系のIII-V族化合物の表面上に、酸化膜が酸化・還元雰囲気中で比較的容易に形成ないし除去できることに着目し、GaAs酸化膜をマスク層として用い、それに電子線照射と化学ビームエピタキシャル法(CBE法)を組み合わせたGaAs系極微構造の作製と物性評価を行った。
GaAs酸化膜としては、GaAs(100)基板表面に化学エッチングにより形成される酸化膜、およびGaAs(100)基板にエピタキシャルさせたGaAs層上に酸素雰囲気下で形成される酸化膜、の二種類の酸化膜をマスク層として用いた場合についての選択的成長を検討した。その結果、電子線照射とそれに続く試料の熱アニールによりGaAs酸化膜の選択的な除去が可能であり、そうした特定部分のGaAs成長速度が相対的に増大することを見出した。そして、この現象の実験的な解明と制御を通して、この手法の利点と問題点について考察した。利点としては、この手法の簡便性を指摘したが、一方、問題点として選択成長温度におけるGaAs酸化膜(非照射部分)の不安定性について考察を行った。
この問題点を克服することを念頭に、新しいマスク層としてAlGaAs表面の酸化膜に着目し、同様の手法でGaAsの選択的結晶成長を実験的に検討した結果、Al-O結合がGa-O結合に比べて熱的に安定であることを反映して、マスク層が成長基板温度においても昇華せず、そのような部分のGaAsエピタキシャル成長が阻害されることを見出した。
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