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本研究は原子層エピタキシー法(ALE)を用いて歪み制御Si/Ge原子層超格子をSiGe混晶上に作製し、その新物性発現を探索することを最終的な目的としている。本年度はSi/Ge原子層超格子を作製するとき必須となるALEによるSi表面へのGeのヘテロ成長(ヘテロALE)について研究を行った。
GeのALEは(CH_3)_2GeH_2と原子状水素の交互供給によって実現できている。これはホモ成長(ホモ ALE)の場合であるので、表面の化学的性質の大きく異なるSi表面へのヘテロ成長にはこのままでは適応できない。しかし、1原子層のGeをSi表面に形成しておけば、上述のALEの手法によってヘテロALEは実現できると考えた。1原子層のGeをSi表面に形成する方法については、Si清浄表面上でGeCl_4と原子状水素の交互供給法を行えば1原子層のGeがSi表面上に自己制限的に成長できる。本年度はこの表面に(CH_3)_2GeH_2と原子状水素の交互供給を行いGeのホモALEを試み、その成長過程を調べた。
まず、XPSによる評価から単原子層のGeが吸着したSi表面では下層Siの影響によってバルクGe表面とは水素の熱脱離速度などの化学的性質が変化して、ALEの発現条件がバルクGe表面とは大きく異なることがわかった。しかし、ALEの成長パラメータを調節することによって、Geが単原子層吸着したSi表面でもGeのヘテロALEが実現できることが確かめられた。また、STMによる表面超講造の評価およびCAICISSによる入射イオンの角度依存性から、このヘテロALEによるGeの成長層は臨界膜厚まで1サイクル当たり1原子層づつ層状に理想的な成長することがわかった。
したがって、本研究課題の成果を用いれば、原子スケールで膜厚が制御され、かつ急峻な界面構造を有するSi/Ge原子層超格子が形成できると結論した。
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