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本研究の目的は、半導体のエピタキシャル成長時に界面で発生するピラミッド及び平面型の積層欠陥の形成機構と電子物性を明らかにすることである。以下の知見が得られた。
1.ホモエピ成長時の積層欠陥四面体(SFT):開発した分子動力学法と第一原理計算を用いて、塩素吸着したSi(111)表面に発生するSFTを調べ、(1)吸着塩素が2個以上隣接すると塩素を覆うドーム構造が形成されSFTの頂点芯構造となること、(2)SFTの綾でSiは稜方向にダイマーを形成して安定化すること、(3)SFTの頂点・稜・面はいずれもSiバルク内の電子・正孔に対して量子井戸層になること、(4)SFTは表面からの転位の拡散により熱消失することを明らかにした。本理論はNTTの蟹沢らの実験をよく説明する。
2.ヘテロエピ成長時の積層欠陥四面体(SFT):GaAs基板上へのZnSe成長を調べ、(1)界面電荷不整ボンドがSe、Asのアニオンアンチサイトを発生させ、上部の空孔サイトを伴ってSFT頂点芯構造を形成すること、(2)GaAs基板上のAs密度やZnSe供給ガス中のSe密度が多い成長条件では高密度のSFT発生が起こることを明らかにした。本結果は東北大の八百らの実験をよく説明する。
3.界面での平面型欠陥発生現象:半導体基板上に薄膜金属層が形成されると、(1)Au/Siのように金属の電気陰性度が大きい場合、金属原子と半導体原子の相互拡散が混晶化を引き起こすこと、(2)Al/AlNのように金属側の電気陰性度が小さい場合、薄い金属層は下地構造を維持し表面極性を反転すること、(3)InAs/GaAsのような格子定数不整界面では、歪みを緩和するためにカチオン原子の混晶化が起きると共に、表面にカチオンアニオン両方のダイマーが発生しこれらが転位の芯構造となることを明らかにした。
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