エピタキシャル成長の量子論と構造のダイナミックス

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07305001
• 研究種目: 総合研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• 研究分担者: 白石 賢二 NTT基礎研究所, 材料物性研究, 主任研究員 ; 伊藤 智徳 NTT LSI研究所, 宮沢特別研, 主幹研究員 ; 大野 英男 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00152215) ; 中山 弘 神戸大学, 工学部, 助教授 (30164370) ; 一宮 彪彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00023292)
• キーワード: 分子線エピタキシ / 再構成構造 / 核形成 / 有機金属気相エピタキシ / 第一原理計算 / 原子ステップ / モンテカルロシミュレーション / 表面拡散

研究概要

今年度は本総研(A)の発足した年度であるので比較的広い範囲のテーマをとりあげ研究を行った。まず、Siに関連した研究としてはSTM法によりSi基板上に形成されたシリコンの2次元核の振る舞いについて調べた。又、関連した材料としてSiCを調べ、ステップ面を基板として採用した場合の二次元核成長とステップフローとの関連につき研究した。
次に、ステップ端における化学反応を含む成長反応について研究し,GaAsのような二次元結晶ではAsをはじめとするV族分圧が成長に大きく関与することがわかった。又、ステップ端での成長反応に強く関係する現象として自然超格子の問題がある。なぜ、超格子が形成されるのかまだ真の原因は明らかではないが、コンピュータシミュレーションを取り入れながら問題にアプローチしている。
このような原子的プロセスにあっては、原子一つ一つの動きを実験的に見ることはできない。そこでシミュレーションが有力な武器となる。本研究では先ず表面構造と多点のポテンシャルエネルギーを第一原理に基づく量子力学計算により求め、これを用いてモンテカルロシミュレーションを行った。これにより飛来する原子がまずどこにつき、その後どのように移動するかが明らかとなった。
又、ステップの形状と成長時の振る舞いについても理論的に調べ、さらに実験を理論的に解析することによりステップ端での過飽和度を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T. Suzuki, T. Nishinaga: "Real time observation of In deposition on GaAs during molecular beam epitaxy by scanning electron microscopy" Jonrnal of Crystal Growth. 148. 8-12 (1995)
• [文献書誌] H. W. Ren and T. Nshinaga: "Real time observation of step bunching on misoriented GaAs (111) B inclined towards [001] in μ-RHEED/SEM MBE" 14th Record of Electronic Materials Symposium, Izu Nagaoka (1995). 14. 207-210 (1995)
• [文献書誌] X. Q. Shen, A. Yamashiki, H. W. Ren, M. Tanaka and T. Nishinaga: "In-situ Observations of GaAs MBE on the Disk-like Patterned GaAs (111) B Substrates" 14th Record of Electronic Materials Symposium, Izu Nagaoka (1995). 14. 213-216 (1995)
• [文献書誌] A. Yamashiki, X. Q. Shen, K. Abe and T. Nishinaga: "In-Situ Control of Mesa Top-Width in MBE on GaAs (100) - (111) B Patterned Substrates" 14th Record of Electronic Materials Symposium, Izu Nagaoka (1995). 14. 223-226 (1995)
• [文献書誌] F. E. Allegretti, T. Nishinaga: "Periodic Supply epitaxy: a new approach for the selective area growth of GaAs by molecular beam epitaxy" Journal of Crystal Growth. 156. 1-10 (1995)
• [文献書誌] T. Nishinaga, X. Q. Shen and D. Kishimoto: "Surface Diffusion Length of Cation Incorporation Studied by Microprobe-RHEED/SEM MBE" J. Crystal Growth. (in Print). (1996)
• [文献書誌] 西長頌・編: "結晶成長のしくみを探る-原子レベルでの結晶成長機構-" クバプロ, 189 (1995)
• [文献書誌] 西永頌・他/編: "Proc. lst Topical Meeting on structural bynamics of Epitaxy and Quantum Mechanical Approach" 総研(A)事務局, 86 (1996)