極微細領域選択エピタキシャル成長法の基礎的研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452216
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (30126924)
• キーワード: 選択エピタキシ- / 電子ビーム照射 / Si / Al_2O_3ヘテロエピタキシャル成長 / SOI構造

研究概要

我々は、これまで電子ビーム照射を単結晶Al_2O_3表面上(サファイア、及びエピタキシャルAl_2O_3(100)on Si(100))に行うことにより、基板表面上の酸素原子の脱離が生じ、表面の組成、結晶性が変化すること、その基板上にSi_2H_6ガスを用いてSiの選択成長が出来ることを見いだし、研究してきた。これまでの研究結果より電子ビーム照射条件(照射しきい値量、加速電圧)と基板面上で生じている選択成長メカニズムはかなり明らかにしてきた。この現象を将来の新しいデバイスに応用していくためにナノスケールの極微細領域での選択エピタキシャル成長の可能性とその特徴を明確にすることは重要である。また結晶学的見地から、この極微小領域に限定された成長はヘテロ構造に伴う格子不整、歪みによる欠陥導入メカニズムを変え、無欠陥結晶成長の期待がある。
本年度は半導体ナノ構造を形成しその三次元的な直接制御を行うために、我々の研究室で見出した電子ビーム照射を用いた選択成長法による、サファイア上へのSiナノ構造の形成技術を確立させることを目的として研究を行った。AFM、SEMによる観察結果から、幅250nm、高さ30nmの一様な細線が、また直径250nm、高さ30nmのドット構造が得られたことがわかった。また、本方法により形成される微細構造の形状は電子ビーム照射量に大きな影響を受けるが、適当な照射量においては微細構造の形状や位置を非常に制御性良く形成できることがわかった。
また、将来の量子構造デバイスを研究していく上で重要となるSiGeあるいはSi/Al2O3/Siヘテロ構造形成についても研究を行い、薄膜で高品質なAl2O3薄膜が得られることを明らかにでき、その上のSiGe,Siの成長形態を明らかにし、極微細領域での選択成長に結びつけられるように基礎的なデータを得た。さらに、Al2O3単結晶を選択的にエッチングする方法を初めて見いだすことができた。これは、将来的に有用な結果となるであろう。

研究成果

• [文献書誌] M.Ishida: "Difference of Si selective growth on Al2O3 and SiO2 substrates by electron beam irradiation method," Jpn. J. Appl. Phys.34. 4429-4432 (1995)
• [文献書誌] Shun-ichi Yanagiya: "Si epitaxial nanostructures on Al2O3 by selective epitaxial growth using electron beam irradiation method" Proc. of 3rd. Int. Symo. On New Phenomena in Mesoscopic structures in Hawaii. 355-358 (1995)
• [文献書誌] M.Ishida: "Electron irradiation and selective Si epitaxial growth on Al_2O_3." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 91. 654-658 (1994)
• [文献書誌] H.Wado: "Epitaxial growth of γ-Al2O3 layers on Si(111)using Al solid source and N2O gas source molecular beam epitaxy," Appl. Phys. Lett. 67. 2200-2202 (1995)
• [文献書誌] M.Ishida: "Double SOI Structures and Devoce Applications with Heteroepitaxial Al_2O_3 and Si" Jpn. J. Appl. Phys.34. 832-836 (1995)
• [文献書誌] H.Wado: "The growth properties of SiGe Films on Si(100)using Si_2H_6 gas and Ge Solid Source Molecular Beam Epitaxy" J. Cryst. Growth. 147. 320-325 (1995)
• [文献書誌] H.Wado: "Selective Epitaxial Growth of Ge and SiGe using Si2H6 gas and Ge Solid Source Molecular Beam Epitaxy," J. Cryst. Growth. 190. 969-973 (1995)
• [文献書誌] T.Kimura: "Fabrication of Si/Al2O3/Si SOI structures grown by the UHV-CVD method," Jpn. J. Appl. Phys.35. 221-224 (1996)
• [文献書誌] M.Ishida: "A new etching method for single crystal Al2O3 film on Si using Si ion implantation" Proc. Of the 8th Int. Conf. On Solid-State Sensor and Actators. 87-90 (1995)
• [文献書誌] H.Kim: "A novel etching method of single crystalline Al2O3 film on Si and sapphire using Si ion implantation" Proc. of Fall Meeting of MRS 95, Boston. A4.20. 55 (1995)
• [文献書誌] H.Wado: "Epitaxial of γ-Al2O3 growth insulator films on Si using N2O gas and Al solid source molecular beam epitaxy" Proc. of Fall Meeting of MRS 95, Boston. Gl.8. 245 (1995)
• [文献書誌] K.Hayama: "Effect of oxygen radicals for epitaxial growth of Al_2O_3 on Si" Jpn. J. Appl. Phys.33 No.1. 496-499 (1994)