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本研究の研究計画は、励起状態にある反応性分子種(ラジカル)を結晶成長の前駆体として用いることになよ、エピタキシャル成長温度の大幅な低下を図ることであった。結晶成長前の基板表面の清浄化は、低温かつ高品位なエピタキシャル成長を実現するには極めて重要なプロセスである。これまでSi基板の清浄化には、フラッシュ加熱法(≧800℃、ー10分間)により行われている。そこで本年度は、エピタキシー技術全体を通して低温化を達成するためにラジカルビームを使った低温表面清浄化プロセスを開発した。具体的には、pure SiH_4ガスのECR放電により生成したラジカルビームを用いて、Si基板表面の清浄化を行った。化学溶液洗浄の後、薄いクリーンな表面酸化膜を形成したc-Si(100)基板に、基板温度650℃においてラジカルビームを30分間照射した場合、Si基板表面のRHEEDパターンは、Si(100)清浄表面特有の2×1超構造を示すストリークパターンと共に明瞭な菊池ラインが観測でき、従来のフラッシュ加熱法(≧800℃、〜10分間)と同様の清浄表面が得られることが分かった。基板に照射するSiH_Xラジカルビーム強度に強い相関を示すSi_2H_X(X=0〜6)フラグメントを質量分析することが評価した。このSi_2H_X(X=0〜6)フラグメントは、質量分析計のイオン化室内でラジカル-イオン反応によって生じていると考えられる。照射するラジカルビーム強度が多い場合には、十分な清浄化が行われる前に膜成長するため、多結晶シリコンが形成されることが分かった。650℃でラジカルビームによる表面清浄化の後、ひき続きラジカルビームによるSi薄膜形成を行って結果、良好なエピタキシャル成長が確認された。なお、スキャニング・マニピュレーターシステムとパーソナルコンピュータシステムは、基板位置を制御して、均一な厚さのエピキタシャル成長層を得ために購入した。
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