Si/Ge歪み制御原子層超格子の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305003
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 松村 正清 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (30110729)
• 研究分担者: 内田 恭敬 帝京科学大学, 理工学部, 助教授 (80134823)
• キーワード: Atomic Lager Epitary / silicon / Germanium / Hetero Structure / Super Lattice / CAICISS

研究概要

原子層成長法(ALE)を用いて、SiとGeとを僅か数原子層の厚さで積層したSi/Ge原子層超格子の実現を目指した。ヘテロALE法の完成と成長したヘテロ界面の急峻性を直衝突イオン散乱スペクトロスコピー法(CAICISS)によって評価した。
SiホモALEでは、水素照射圧力の最適化により、Si(100)表面上に理想的な成長速度1ML/cycleを実現した。ミクロな成長機構が表面モルフォロジーに与える影響を明らかにし、ALEを100cycle実施後の表面凹凸が0.1A程度と原子層スケールでの平坦性制御を実現した。
GeのホモALEでは430℃〜520℃という広い温度範囲で成長速度1ML/cycleを実現したが、膜中へのCの取り込みにより、成長表面の平坦性は445℃以上において急激に劣化した。平坦な表面は、メチル基の解離を抑制できる低温領域430℃〜440℃においてのみ実現できた。
1ML吸着とホモALEを組み合わせることで、I原子層単位での膜厚制御と界面組成急峻性の制御が同時に可能であるSiおよびGeのへテロALEを実現し、形成したヘテロ界面構造を評価した。テトラクロロゲルマンと原子状水素の交互供給法により、クラスタリングやインターミキシングのない、理想的な1ML-Ge/Si(100)構造を実現できることを確認して、この構造上にGeホモALEによって臨界膜厚3MLまでのLayer-by-layer成長を実現した。SiヘテロALEについては界面組成変化が極めて急峻な2ML-Si/Geヘテロ構造の形成できることを確認した。このヘテロ界面の耐熱温度は550℃であった。さらに、この構造上にホモALEを行って臨界膜厚3MLまでのLayer-by-layer成長を実現した。
これらの成果から、原子層超格子の作製条件を明らかにして、Si_3/Ge_7原子層超格子を実現した。

研究成果

• [文献書誌] K.Ikeda,...,M.Matsumura: "Characterization of initial 1ML growth of Si and Ge"Applied Surface Science. (2001)
• [文献書誌] K.Ikeda,...,M.Mastumura: "Thermal stability of Si/Ge hetero-interface"Material Research Society Symposium Proceeding. 618. 33-39 (2000)
• [文献書誌] M.Matsuyama,..,M.Matsumura: "Hetero ALE of Ge on Si(100)"Jpn.J.appl.Phys.. 39. 2536-2541 (2000)
• [文献書誌] Y.Satoh,...,M.Matsumura: "Atomic layer epitaxy of Si on(100)surface"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5732-5738 (2000)
• [文献書誌] K.Ikeda,...,M.Matsumura: "Atomic layer epitaxy of Si"J.of Korean Physical Society. (2001)