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本研究で提案している表面光干渉(SPI)法は、半導体薄膜のエピタキシャル成長での原子・分子レベルでの成膜モニターとしての新しいその場観察法である。本年度は、まず、SPI法の原理と特徴について、GaAs基板上のZnSeの成長を例に取り、プローブ光として紫外から近赤外までの光を用い、かつ、入射角度をパラメータとした理論的解析を行った。次にZnSeおよびCdSeのMOMBE成長について実験的検討を行った。これに基づきII-VI族化合物のエピタキシーでの表面反応過程を解析した。主な結論を以下に示す。
1.表面光干渉法では、化合物半導体のヘテロエピタキシーにおいて、最表面に交互に出現する構成元素の光学定数の内、主として虚数部の変化により、反射・透過時に大きな位相変化を受け、これがヘテロエピ膜全体での光干渉強度に影響し、これにより、原子・分子レベルでの成膜モニターを可能としている。
2.上記理由により、プローブ光としては成長中の薄膜に吸収されない低エネルギーのレーザ等を使うことが好ましい。しかし、紫外光などであっても、II-VI族やIII-V族化合物半導体では光の侵入長がおよそ100nm程度はあるので、量子効果を期待するような超格子構造などの一層の膜厚よりは十分大きいので、表面光干渉(SPI)法はどのようなヘテロエピ成長系にも適用可能である。
3.ZnSeとCdSeのMOMBE成長では前者がII族原料供給時に主たる成膜反応がおこるが、後者では逆にVI族原料供給時成膜反応がおこるなど、その成膜素過程が大きく異なっており、不純物添加などではこれを考慮して最適化を図る必要がある。
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