原子層制御エピタキシ-による周期構造変調超格子作製と機能性新物質の創製

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455154
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 岩井 荘八 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (40087474)
• 研究分担者: 一色 秀夫 電気通信大学, 電気通信学部・電子工学科, 助手 (60260212) ; 目黒 多加志 理化学研究所, 半導体工学研究室, 副主任研究員 (20182149) ; 青柳 克信 理化学研究所, 半導体工学研究室, 主任研究員 (70087469)
• キーワード: 原子層成長 / 有機金属気相成長法 / 準結晶 / GaAs / 原子層超格子 / X線回折 / フィボナッチ数列 / 自己停止機構

研究概要

本年度は原子層制御エピタキシ-(ALE)を用いて周期構造変調された原子層制御超格子(短周期、準周期、ランダム超格子)の作製ならびに構造、特性評価を行った。さらにALEで作製した原子層制御超格子のX線ミラーへの応用を検討し、周期構造変調(位相制御)によるX線反射波長の新しい制御法を提案した。本年度の成果は以下のとおりである。
(1)周期構造変調超格子構造の作製
ALEを用いて数種類のGaAs/GaP系、GaP/AlP系周期構造変調単原子層超格子(短周期、準周期、ランダム、混晶)の作製を行った。特に準周期構造としてフィボナチ配列を用いた超格子の作製を行った。
(2)周期構造変調超格子の構造解析評価
周期構造変調超格子の構造解析を行うためのX線回折をおこなった。X線回折パターンから準周期超格子は自己相似性と言うフラクタル特有の構造を持っていることが証明された。またこれらの回折パターンは設計した格子構造の解析結果(高速フーリエ変換)と良い一致を示した。一方X線反射率測定では周期構造を制御することにより反射波長の制御が可能であり、X線ミラーへの応用が可能であることが示された。
(3)周期構造変調超格子の光学特性評価
周期構造変調超格子中に形成されるサブバンド構造の評価のためにフォトリフレクタンス(PR)測定を行った。PR測定の結果から準周期超格子ではその特徴的な規則性(フラクタル)に起因する特異なサブバンド構造が観測された。この結果からALEを用いて結晶を格子または原子オーダーで変調(配列制御)することにより電子状態(電子の波動関数)の制御が可能であると予測できる。
(4)X線ミラーへの応用
周期構造変調超格子のX線ミラーへの応用を検討した。X線ミラーで要求される化学結合長以下(1原子層以下)の膜厚制御性に対して、周期長の異なる複数の周期(ユニット)を重ねあわせる多重周期構造(位相制御構造)を用いることにより任意のX線波長の反射を可能にすることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Isshiki et al.: "Quantum wire structures incorporating (GaAs)m(GaP)n short-period superlattice fabricated by atomic layer epitaxy" Applied Surface Science. 112. 122-126 (1997)
• [文献書誌] T.Meguro et al.: "Control of ALE window of GaAs employing active hydrogen" Applied Surface Science. 112. 118-121 (1997)
• [文献書誌] J.S.Lee et al.: "Selective growth on multi-step array on (111)A vicinal surface by atomic layer epitaxy" Applied Surface Science. 112. 132-137 (1997)
• [文献書誌] M.Ishii et al.: "Reflection-wavelength control method for layer-by-layer controlled multilayer mirrors" Applied Optics. 36. 2152-2156 (1997)
• [文献書誌] M.Ishii et al.: "Atomic layer epitaxy of AIP and its application to X-ray mirror" Journal of Crystal Growth. 180. 15-21 (1997)
• [文献書誌] 一色 他: "原子層成長による原子層フラクタル超格子の作製と評価" 信学技報(光量子エレクトロニクス). 20. 13-18 (1997)
• [文献書誌] M.Ishii et al.: "Observation and control of surface morphology of AIP grown by atomic layer epitaxy" Applied Physics Letters. 71. 1044-1046 (1997)
• [文献書誌] H.Isshiki et al.: "(GaAs)m(GaP)n low dimensional short-period superlattice fabricated by atomic layer epitaxy" Microelectronics Engineering. (to be published). (1998)