| 研究課題/領域番号 |
10650074
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
新谷 一人 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (00162793)
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| 研究分担者 |
新谷 一人 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (00162793)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| キーワード | ヘテロエピタキシャル層 / 表面モルフォロジー / 臨界ひずみ / 積層欠陥 / 表面ステップ / 分子動力学シミュレーション / 量子ドット / ひずみ緩和 |
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| 研究概要 |
1 半導体へテロエピタキシャル層の表面うねりに対して、弾性異方性を考慮した線形安定性解析を行った。Si_1-_XGe_X/Si系に対する数値計算の結果から、(1)自由エネルギーの減少の度合いは、<110>方向のうねりより<100>方向のうねりの場合の方が大きく、<100>方向のうねりの方が実現しやすいこと、(2)Si_<0.82>Ge_<0.18>/Si系に対する本理論による臨界波長は444nmであり、実験値440nmと良く一致すること、(3)Ge含有分率が0.5より小さい場合にはミスフィット転位生成が、Ge含有分率が0.5を超える場合には表面うねりの形成が主たるひずみ緩和機構となることが明らかとなった。
2 シリコン薄膜表面からの転位の核生成の分子動力学シミュレーションを行った。原子間相互作用の計算にはStillinger-Weberポテンシャルを用い、二軸ひずみの状態にあるエピタキシャル層の原子構造の変化に対する表面ステップの存在と温度の影響を調べた。その結果、(1)表面ステップのありなしに関わらず、温度が500Kと1000Kのいずれの場合も、引張・圧縮いずれの場合も、臨界ひずみを超えれば系のエネルギー低下が起こる、(2)エネルギー低下は、表面ステップがある場合には表面ステップの位置から、表面ステップがない場合には任意の位置から、(111)面の積層欠陥がシリコン薄膜内部に進行していき、ひずみエネルギーが低下することにより起こる、(3)S_Aステップ、S_Bステップいずれも表面から積層欠陥が生成される際の起点となるが、積層欠陥生成に対する臨界ひずみはS_Aステップの場合の方が1〜2%ほど小さいことが明らかとなった。
3 GaAs/InAs/GaAsピラミッド型量子ドット構造のひずみ分布の数値計算を行った。Stillinger-Weberポテンシャルにより表される系のエネルギーを共役勾配法により最小化して、最安定な原子構造を求め、ひずみ分布を計算した。(1)ドットの上のキャップ表面には、結晶成長面に平行な方向の引張ひずみを生じ、さらに次の層が成長する際には、下の島の頂上にInAsが積層しやすい状況となる、(2)キャップ表面のひずみの大きさはドットの密度の影響を受けないが、wetting layerの厚さが厚くなると大きくなる、(3)スタック型量子ドット構造内部のひずみ分布は介在物理理論による結果と定性的に一致することが明らかとなった。
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