レーザ誘起原子層エピタキシーによる純正III-V族半導体結晶の製作

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本研究は、申請者らが見いだしたレーザ誘起原子層エピタキシャル成長法により単原子層成長を実現し、最終的には、原子層エピタキシー法に本来期待されているような良質の半導体結晶(純正半導体結晶)を得ることを目的としている。以下の結果を得た。トリエチルガリウム(TEGa)とホスフィンを原料とする有機金属分子線成長法において、熱による成長がほとんど起こらない400℃以下の低温で窒素レーザを照射することによりGaPを成長した。レーザ照射前はTEGaが基板上に飽和吸着しており、GaP成長表面での反射高速電子線回折(RHEED)像の輝度は一定であった。レーザを照射すると急激に輝度は低下する。その後、輝度は徐々に増加し、レーザ照射前の輝度まで回復する。レーザ照射後の輝度の回復時間はホスフィン流量が増大すれば短くなるが、TEGa流量には依存しなかった。レーザ照射により基板に吸着したTEGaが瞬時に分解することにより輝度は低下し、GaがPと反応することで輝度は回復する。このことは、レーザ照射による成長では原料を同時に供給していても、TEGaの分解反応とGaとPの反応を交互に起こすことができることを示している。上記の反応過程を定量的に扱い、RHEEDの輝度変化を半定量的に説明した。実際にレーザ誘起原子層エピタキシャル成長法でGaPを成長したところ、成長速度は最大0.5原子層/サイクルで1原子層/サイクルに達しなかった。これはPと反応していないTEGa分解種が基板上に残留しており、TEGaの基板吸着が阻害されているためと考えられる。レーザ誘起を行なわない通常の熱反応で成長したGaPの混入不純物を二次イオン質量分析法で測定し、また電気的特性を明確にした。今後、レーザー誘起原子層エピタキシャル成長法によるGaPの混入不純物量および電気的特性を明確にする予定である。