ナノ構造エピタキシにおける面間拡散に関する研究

1999 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, 講師 (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

本年度はGaAsによるリッジ構造とピラミッド構造の形成に関する素過程を調べた。先ずリッジ構造について述べる。化学エッチングを用いて直線状メサ構造を形成した後、microprobe-RHEED/SEM MBE装置に導入し、その場観察しながらMBE成長を行った。成長温度を580℃とし、適当なAs圧を選ぶと、Gaから頂上の面に面間拡散するため時間とともに頂上の面は小さくなり最終的には、リッジが形成される。As分子線としてはAs_2とAs_4を用い、分子線により先端のとがる速度がどのように変わるかを調べた。すると、As_4に比ベ、As_2の方が先端のとがる速度が遅くなることが示された。As_44とAs_2とではGaを結晶にとり込む拡散距離が異なることがわかっているのでこれを用いて数値的に解析したところ、As_2の場合は拡散距離が短いので、側面から頂上の面に拡散する量が少なくなるためであることが判明した。ピラミッド構造の形成は(111)B基板盤を用い、化学エッチングにより頂上の面が円形のメサ構造を形成した後、MBEにより行った。先ずエッチングにより形成するメサ構造の高さと底面の大きさが、MBEで形成されるピラミッドにどのように影響するかを調べた所、ある高さと大きさの範囲でのみ良好なピラミッドの形成が可能であることがわかった。次にピラミッドの頂点に形成するドット構造の大きさを制御するため,As_4圧を変化させ、頂上のサイズの時間変化を調べた。すると、あるAs圧以下では頂上はとがるが、ある圧力以上では逆に頂上が広がることがわかった。これを数値的に解析することを試みたところ実験値と理論値は良い一致を示した。又、As圧によって頂上がとがったり、広がったりするのは頂上を構成している(III)B面の表面再構成構造が変化するためであることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] G.Bacchin,T.Nishinaga and M.Fujishima: "Selective area growth of submicrometer structures by PSE/MBE"Proceedings of The Third Symposium on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics. 341-346 (1999)
• [文献書誌] D.Kishimoto,T.Nishinaga,S.Naritsuka T.Noda,Y.Nakamura and H.Sakaki: "(111) B growth elimination in GaAs MBE of (001) - (111) B mesa structure"Proceedings of The Third Symposium on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics. 346-354 (1999)
• [文献書誌] K.Toyoda,T.Ogura,A.Yamashiki and T.Nishinaga: "Surface diffusion length of Ga adatom incorporation in MBE on (001)GaAs surface with As2 flux"Extended Abstracts of the 18th Electronic Materials Symposium. 191-194 (1999)
• [文献書誌] T.Ogura,K.Toyoda and T.Nishinaga: "Molecular species dependence of As incorporation efficieficy in MBE of GaAs"Extended Abstracts of the 18th Electronic Materials Symposium. 195-198 (1999)
• [文献書誌] T.Nishinaga: "Elemental Growth Process of MBE"Lecture Notes,First International School on Crystal Growth and Advanced Materials in Brazil. 108-117 (1999)
• [文献書誌] S.Kousai,A.Yamashiki,T.Ogura and T.Nishinaga: "Real-time observation of mesa shrinkage process in MBE of GaAs on (111) B Patterned substrates and theoretical analysis"Journal of Crystal Growth. 198/199. 1119-1124 (1999)
• [文献書誌] A.Yamashiki and T.Nishinaga: "Arsenic pressure dependence of incorporation diffusion length on (001) and (110) surface and inter-surface diffusion in MBE of GaAs"Journal of Crystal Growth. 198/199. 1125-1129 (1999)
• [文献書誌] T.Nishinaga and A.Yamashiki: "Recent understandings of elementally growth processes in MBE of GaAs"Thin Solid Films. 343-344. 495-499 (1999)