歪系分子線成長の二次元-三次元転移機構の走査電子顕微鏡その場観察による解明

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455015
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 井上 直久 大阪府立大学, 先端科学研究所, 教授 (60275287)
• 研究分担者: 本間 芳和 NTT, 境界領域研究所, 特別研究員 (30385512) ; 藤村 紀文 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (50199361)
• キーワード: 化合物半導体 / 歪系 / 電子線成長 / 三次元成長 / その場観察 / 走査電子顕微鏡 / モンテカルロシミュレーション / 自己組織化

研究概要

1.その場観察
(1) InGaAsの成長
既にGaAsのMBE成長のSEMその場観察が可能となっている。そこで観察装置にIn用のKセルを導入しInGaAsの成長を可能とした.Inセルの温度とIn堆積速度との関係を求め、InGaAsの組成制御を検討している。また高品質膜の成長条件の確立を目指している。
(2) SEMその場観察の高分解能化
・高分解能については、画像処理装置(カラービデオプロセッサ)により進めた。
・高速化については、S/N比の向上等の工夫により実現した。
(3)三次元成長機構の解析
今回は、歪みのないGaAs on GaAsののホモエピタキシについて、二次元成長から三次元成長への移行の過程及び三次元/二次元/一次元(ステップフロー成長のことをここではこう呼ぶ)成長の境界について研究した。自己組織化に関係するものとして、二次元から三次元成長に移行する機構が特に重要である。島の上の島の優先核形成を確認した。また二次元成長と一次元成長の境界は調べられているが、二次元成長と三次元成長の境界についてはこれまで報告がないが明らかにできた。
自己組織化に一部で用いられている成長後の熱処理効果を調べるためにまずGaAsでの熱処理による表面構造の変化を明らかにした。
2.理論解析
歪系のモンテカルロシミュレーションを構築するために、表面構造のモデル化を行った。このため、高速・大容量の計算機を導入した。また、これまでの実績のあるSiGe系でシミュレーションを行った。また、薄膜に大きな歪分布が生ずることについて理論的に考察し、三次元成長のために薄膜と基板の間で相互拡散が生ずるためであることを明らかにした。
3.制御
成長条件を変えることにより三次元成長から一次元成長まで実現し、特に島の上の島の優先核形成の無い二次元を確認した。

研究成果

• [文献書誌] 河村裕一、荒木努、森本恵造、井上直久、本間芳和、篠原正典: "結晶成長における表面制御と雰囲気制御のその場観察" 真空. 39-11. 546-553 (1996)
• [文献書誌] N. Inoue, Y. Kawamura, Y. Hmma, J. Osaka, T. Araki, T. Ito: "Two-dimensional to one-dimensional mode change in GaAs molecu beam epitaxy revealed by in situ scanning electron microscopy" J. Crystal Growth. (予定). (1997)
• [文献書誌] N. Inoue, K. Morimoto, T. Araki, T. Ito, Y. Homma, J. Osaka: "Annihilation of monolayer holes on molecular bam epitaxy grown GaAs surface during annealing as shown in situ scanning electron microscopy" J. Vac. Sci. Technol. B. 14-6. 3575-3581 (1996)
• [文献書誌] 井上直久、河村裕一、棚橋克人、本間芳和: "化合物半導体のMBE成長過程のSEMその場観察" 真空. 40-7(予定). (1997)
• [文献書誌] 井上直久、本間芳和、棚橋克人、河村裕一、: "GaAsの分子線成長における成長中断時の挙動の走査電子顕微鏡その場観察" 表面科学. 18-7(予定). (1997)
• [文献書誌] T. Araki, N. Fujimura, T. Itho, A. Wakahara, A. Sasaki: J. Appl. Phys.80. 3804-3807 (1996)