原子層オーダーの界面急峻性を持ったシリコン/ゲルマニウムヘテロ構造の新しい形成法

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Si/Ge原子層超格子を作製するときに必須となるALEによるSi表面へのGeのへテロ成長(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.これは成長層と基板表面が同じ原子からなるホモ成長(ホモALE)の場合であって,このホモALEはそのままではへテロALEに適応できない.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.Si表面に1原子層のGeを形成する方法については,すでにSi表面でGeCl_4と原子状水素の交互供給を行えばGeCl_4の選択吸着効果によってSi表面に1原子層のGeが自己制限的に成長できることを確かめている.この表面に(CH_3)_2GeH_2と原子状水素の交互供給によるGeのホモALEを試みた.XPS,STMによってヘテロALEの成長過程を調べたところ,Si上に単原子層のGeが吸着した表面では下層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.ALEの成長パラメータを調節することによって,臨界膜厚まで層状に成長するGeのへテロALEが実現できることが確かめられた.また,一昨年までの本研究課題の結果からGe表面上へのSiのへテロALEに関しても,Ge表面にSiの1原子層を形成し,続いてSiH_2Cl_2と原子状水素の交互供給を行えばSiのへテロALEが実現できることを確かめている.この場合では原料のセルフリミット吸着で生じる表面被覆種の強いサーファクタント効果によって,Ge表面でのSiヘテロ成長で大問題となっていたGeの表面偏析を抑え急峻なヘテロ界面が形成できることがわかった.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.