GaAsの分子層成長とその不純物添加技術に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450016
• 研究機関: (財)半導体研究振興会
• 研究代表者: 倉林 徹 財団法人半導体研究振興会, 主任研究員 (90195537)
• 研究分担者: 佐々木 哲朗 財団法人半導体研究振興会, 半導体研究所, 研究員 (20321630) ; ピョートル プォトガ 財団法人半導体研究振興会, 半導体研究所, 主任研究員 (70270501) ; 西澤 潤一 財団法人半導体研究振興会, 半導体研究所, 所長 (20006208) ; 菊地 秀幸 財団法人半導体研究振興会, 半導体研究所, 実験補助員 ; 浜野 知行 財団法人半導体研究振興会, 半導体研究所, 実験補助員
• キーワード: GaAs / 分子層成長 / 原子層成長 / 自己停止機構 / 反応機構 / 不純物添加

研究概要

研究代表者等が世界に先駆けて開発したGaAsの分子層成長(原子層成長)において、TEG(トリエチルガリウム)とAsH_3を用いた成長では高純度の成長膜が得られるものの自己停止成長は見出されていなかった。本年度の研究では、TEG(トリエチルガリウム)とAsH_3を用いた表面反応過程の追求およびその制御方法を検討し、自己停止機構を伴う結晶成長条件を実現し、さらに同方法における不純物添加法を検討した。(AsH_3導入)-(AsH_3排気)-(TEG導入)-(TEG排気)を1サイクルとする自己停止成長条件において、不純物ガス(DETeおよびDESe)を導入するタイミングを選ぶことにより、不純物分子の吸着・反応を制御できることがわかった。不純物添加により成長膜厚が6割近く阻害され、不純物による最表面の電子状態あるいは(自由)電子による吸着種の反応抑制などの効果を確認した。さらに成長阻害されるメカニズムを調べるためにドープ表面にノンドープ成長を数回行う成長モードを取り入れ、ノンドープの成長回数の増加によりキャリア密度が減少し、成長膜厚が(1分子層に)回復することがわった。ただし過剰に不純物が導入されたものでは、この回復が見られなかった。この条件を適用し不純物添加制御されたGaAs成長膜を低温成長(270℃)で1分子層毎に成長させることが可能になった。表面反応過程に関しては、走査型プローブ顕微鏡(本研究経費により平成13年度取得)を用い、成長表面の原子レベルでの平坦性評価および2次元成長・成長核形成の観察等の観点から検討を継続した。
平成15年度の研究課題である「不純物添加機構の解明と制御」へ向けての研究に着手するとともに、電子デバイス作成の基礎技術としても検討を開始した。

研究成果

• [文献書誌] J.Nishizawa, T.Kurabayashi, P.Plotka, H.Kikuchi, T.Hamano: "Self-Limiting Growth of GaAs with doping by Molecular Layer Epitaxy Using Triethyl-gallium and AsH_3"Journal of Crystal Growth. 244. 236-242 (2002)
• [文献書誌] J.Nishizawa, T.Kurabayashi: "Development of GaAs Epitaxy -from bulk growth to ultra-thin film growth for nano-structure devices"8^<th> Russian Conference "Gallium Arsenide and III-V Group Related Compounds" GaAs-2002, 1-4 October 2002. 9-11 (2002)
• [文献書誌] J.Nishizawa, K.Suto, T.Kurabayashi: "Recent Advance in Terahertz Wave and Material Basis"8^<th> Russian Conference "Gallium Arsenide and III-V Group Related Compounds" GaAs-2002, 1-4 October 2002. 34-36 (2002)
• [文献書誌] J.Nishizawa, T.Kurabayashi, P.Plotka: "DEVELOPMENT OF ATOMIC-SCALE CONTROLLED TECHNOLOGY FOR TERA-HERZ OPERATING NANO-STRUCTURE DEVICES"APAM2002 International Conference on International Collaboration and Networking : Creating A Global Nano-technology Network, Dec 9-13, 2002, National Tsing Hua University, Hsin-chu, Taiwan. 91-92 (2002)
• [文献書誌] J.Nishizawa, T.Kurabayashi, P.Plotka, H.Kikuchi, T.Hamano: "Growth Rate Reduction in Self-Limiting Growth of Doped GaAs by Molecular Layer Epitaxy"Ist International Symposium on Point Defect and Nonstoichiometry 2003(ISPN 2003), Sendai, Japan, March 20-22, (2003). 34 (2003)