MBE成長過程における核形成と単原子膜成長の不連続性

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05211216
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 中山 弘 神戸大学, 工学部, 助教授 (30164370)
• 研究分担者: 上田 一之 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029212) ; 西野 種夫 神戸大学, 工学部, 教授 (60029452)
• キーワード: 分子線エピタキシー / 吸着確率 / 原子配列秩序 / 吸着構造 / 混晶半導体

研究概要

本研究の目的は、MBE成長のGaAsにおける成長表面の原子的構造の動的な変化に注目して、表面安定構造の形成とその相転移という観点から結晶成長のカイネティックスを明らかにするところにある。本年度は、GaAs系擬二元混晶半導体の原子配列の人工的制御を念頭において、実験、理論両面から擬二元混晶半導体の原子配列を規定する諸因子の解明とその制御に関する指針を得ることを主眼として研究を行った。本研究の主要な結果を列記すると、(1)GaAs(001)-2x4-As上に形成されたGa単原子層の成長過程は、2x4(diffuse),3x^*(^*は3x1構造であるがdiffuse(散漫)であることを示す。)4x^*、2x4(diffuse)と推移するのに対し、InAs(001)-2x4-As再構成表面上では、2x4(diffuse)から4x^*、c(8x2)と推移する事が明らかになった。このInとGaの吸着構造の違いは、優先的な吸着サイトと吸着様式の違いに起因している。また、GaAs(001)-2x4+c(2x8)-As面上のGa,In二元系吸着構造に関しては本研究の結果、初めて詳細な二元系(組成-被覆率)状態図が作成された。(2)サイト相関吸着確率を用いて、分子線エピタキシー過程における付着係数を定式化することによって、In,Ga原子の到達分子線フラックス比の関数として、混晶組成を確率論的に計算するための理論化を行い、分子線エピタキシーにおける到達分子の付着係数は原子間相互作用を取り入れたサイト相関吸着確率モデルによってよく記述されることが明らかになった。(3)原子間相互作用を考慮して回りの原子配置に依存する局所的吸着確率をIsing型相互作用の形式でモデル化した。また、モンテカルロ計算によって、分子線成長の非平衡過程での原子配列における秩序とその乱れに関する検討を行い、その結果、In GaAs系のような擬二元系の原子配列秩序は、成長表面に存在する表面ダイマー結合の形成に起因する表面内での異方的な相互作用と原子層間の相互作用の型(同種原子間に引力が働くか異種原子間に引力が働くか)によって決定される原子吸着過程によって引き起こされることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] 中山 弘: "分子線エピタキシー過程におけるサイト相関吸着と原子配列秩序" 日本結晶成長学会誌. 21. 11-23 (1994)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Atomic long-range ordering formed by dynamic site-correlated-adsorption processes in molecular-beam epitaxy" Proc.7th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 189-194 (1994)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Site-selective analysis of local electronic structures in GaAsP alloy semiconductors by Auger valence electron spectroscopy" J.Vacuum Soc.Japan(「真空」). 36. 869-876 (1993)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Site-correlated adsorption and atomic ordering in molecular-beam epitaxial processes of pseudobinary alloy semiconductors" Proc.1st Russia Japan Conference on Semiconductor Surface. 141-151 (1993)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Site-correlated adsorption induced atomic ordering in heteroepitaxial alloy semiconductors" Jpn.J.Appl.Phys.,Suppl.32-3. 407-411 (1993)
• [文献書誌] T.Kanata: "Anisotropic optical transitions in ordered GaInP alloys" 12th Record of Alloy Semiconductor Physics and Electronics. (1993)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Evolution of surface structural phase in MBE-grown GaAs and (In,Ga)As" Proc.6th Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 177-181 (1993)
• [文献書誌] H.Nakayama: "Differential Hall-effect spectroscopy of rare-earth impurities (Ce,Er) in silicon" Materials Science Forum. 117-118. 279-284 (1993)
• [文献書誌] S.Sumie: "Effect of ambient gas on photo-acoustic displacement measurement by laser interferometric probe" J.Appl.Phys.74. 6530-6533 (1993)
• [文献書誌] T.Kanata: "Electroreflectance polarization study of valence-band states in ordered Ga0.5In0.5P" Appl.Phys.Lett.63. 512-514 (1993)