ナノ構造エピタキシにおける面間拡散に関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450008
• 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: 成塚 重弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80282680) ; 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
• キーワード: GaAs / 分子線エピタキシ / 面間拡散 / μ-RHEED / MBE / 拡散距離 / ピラミッド構造 / 巨大ステップ / As_4分子

研究概要

昨年度までは、As_4分子線を用いてナノ構造の形成に関する研究を進めてきたが、今年度は新にAs_2子線を用いたナノ構造の形成素過程に関する研究を行なった。GaAsの分子線エピタキシにおいては、Foxonモデルと呼ばれるモデルがあり、As_4フラックスを用いた場合Gaが結晶にとり込まれるとき、As_4分子が二つぶつかり活性な砒素を出すが、As_2フラックスを用いた場合、As_2分子が単独で活性な砒素を出すというものである。しかしFoxonモデルでは活性な砒素がAs_2なのか単独のAs原子なのか不明のまま残されていた。そこで本研究では、これを明らかにするためにバルブクラッカーセルによるAs_2フラックスを用い、Gaの結晶にとり込まれるまでの拡散距離(λ_<inc>)をAs_2圧の関数として求めた。λ_<inc>_2はGaが結晶にとり込まれるまでの寿命(τ_<inc>)に比例するので、寿命のAs_2圧依存性が成長反応の次数を与える事になる。microprobe-RHEED/SEM MBE装置により反応の次数を求めたところ、As_2圧が低い時は一次に、高い時には二次になることが判明した。反応の次数が二次となる領域がある事からAs_2二分子が反応し活性な砒素を出すと考えられる。このことはAs_2分子そのものが活性種ではなく、As原子が活性種であることを示している。
次に、昨年度から継続している周期的供給エピタキシ(PSE)を用いた選択成長の結果について述べる。本法により分子線エピタキシ法で選択成長が可能になったので、本年度は、マスクのサイズをできるだけ小さくし成長を試みた。電子線リソグラフィーにより酸化膜に線状の窓開けを行い、そこにのみ成長させる選択成長を行った。窓幅としては最小の0.5μmのものを用いて成長を行ったが、表面が非常に平坦な成長層が得られた。

研究成果

• [文献書誌] G.Bacchin, T.Nishinaga: "A morphological study of the epitaxial layers selectively grown on GaAs(n11)A substrates by PSE/MBE" Proc.2nd Symp.on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. 7-12 (1998)
• [文献書誌] A.Yamashiki, T.Nishinaga: "Growth parameter dependence of (001)-(110) inter-surface diffusion in MBE of GaAs" Proc.2nd Symp.on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. 13-18 (1998)
• [文献書誌] S.Kousai, A Yamashiki, T.Nishinaga: "Experimental and theoretical studies on the inter-surface diffusion of Ga in fabrication process of GaAs micro-structures by MBE" Proc.2nd Symp.on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. 19-24 (1998)
• [文献書誌] M.Masuda, T.Nishinaga: "Growth condition dependence of step bunching in MBE of GaAs on (111)B vicinal surface" Proc.2nd Symo.on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. 25-30 (1998)
• [文献書誌] G.Bacchin, T.Nishinaga: "A theoretical study of the growth mechanisms in selective area growth by periodic supply molecular beam epitaxy" Record of the 17th Electronic Materials Symposiumm, Izu-Nagaoka. 217-220 (1998)
• [文献書誌] G.Bacchin, T.Nishinaga: "Dependence of the degree selectivity on the Al content during the selective area growth of AlGaAs on GaAs(001) by PSE/MBE" J.Crystal Growth. 191. 599-606 (1998)
• [文献書誌] G.Bacchin, K.Tsunoda, T.Nishinaga: "Selective Area Growth by Periodic Molecular Beam Epitaxy" Surface Rev.and Lett.5. 731-738 (1998)