低角入射分子線エピタキシ法による絶縁膜上への半導体単結晶薄膜の横方向成長

低角度入射分子束外延在绝缘膜上横向生长半导体单晶薄膜

• 批准号: 12450006
• 负责人: 西永 頌
• 金额: $ 8.51万
• 依托单位: Meijo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12450006/
• 关键词: 分子線エピタキシ; 低角入射分子線; 横方向成長; 面間拡散; 選択成長; 絶縁膜上半導体; Si基盤上の化合物半導体; GaAs; 絶縁膜上半導体薄膜; Si基板上の化合物半導体

本研究においては、低角入射分子線エピタキシという新しい薄膜成長法を提案し、選択成長と組み合わせることにより非晶質絶縁膜上に無転位半導体薄膜を成長させることを目的としている。我々は、この成長法を低角入射マイクロチャンネルエピタキシ(Low-Angle Incident Microchannel Epitaxy, LAIMCE)と名付けた。この方法の主要なアイデアは、気相成長において二つの結晶面の間を成長原子が表面拡散により移動する現象(面間拡散と呼ぶ)を利用し、縦方向成長を抑制し、横方向成長を増加させることにより絶縁膜上の広い無転位半導体薄膜を成長させるところにある。本年度はLAIMCEの実現のため欠くことのできない非晶質絶縁膜(SiO_2膜を使用)上での選択成長について調べた。分子線結晶成長(MBE)では、選択成長は表面原子の再蒸発によっており、再現性の高い選択成長は困難である。なぜなら、SiO_2上とGaAs成長表面上での再蒸発の差はわずかであり、加えて、GaAs成長層の表面モホロジーが再蒸発により大幅に劣化するからである。μ-RHEED SEM-MBE装置によるその場観察を用い、選択成長の様子を詳細に調べた結果、選択成長の実現にはSiO_2膜からの再蒸発のみならず表面原子の拡散も重要な過程であることが判明した。成長領域への表面原子の拡散・流れ込みにより、成長領域近傍のSiO_2上は選択性が大幅に向上する。この現象をうまく利用すれば、選択性の高い良好な選択成長を実現することが可能となる。一方、横方向成長のメカニズムを解明するためには、より広い成長条件に関して依存性を調べる必要がある。そのためメサ基板の利用を考案した。メサ基板を用いれば、選択成長が難しい条件下でも横方向成長を達成することが可能であり、より広い成長条件に対する横方向成長の挙動を検討することが可能となる。

This study に お い て は, low Angle of incidence of molecular wire エ ピ タ キ シ と い う new し い thin film growth method proposed を し, sentaku growth と group み わ せ る こ と に よ り amorphous never try membrane に without planning a semiconductor film を growth さ せ る こ と を purpose と し て い る. I 々 は, こ の growth method を Low Angle of incidence マ イ ク ロ チ ャ ン ネ ル エ ピ タ キ シ (Low - Angle Incident Microchannel Epitaxy, LAIMCE) と name pay け た. こ の way の main な ア イ デ ア は, 気 phase growth に お い て two つ の between crystal plane の を growth company, dispersion atomic が surface に よ り mobile す る phenomenon between (on the company, scattered と shout ぶ) を using し, を growth inhibition し 縦 direction and transverse direction growth を raised plus さ せ る こ と に よ り never try membrane の hiroo い without planning a semiconductor film を growth さ せ る と こ ろ に あ る. This year's は LAIMCE の be presently の た め owe く こ と の で き な い amorphous never try membrane (SiO_2 film を use) on で の sentaku growth に つ い て adjustable べ た. Molecular line crystal growth (MBE) で は, sentaku growth は surface atomic の steamed again 発 に よ っ て お り, high reproducibility の い sentaku growth は difficult で あ る. な ぜ な ら, SiO_2 と GaAs growth on the surface of で の steamed again 発 の poor は わ ず か で あ り, え の て, GaAs growth layer surface モ ホ ロ ジ ー が steamed again 発 に よ り に sharply deteriorating す る か ら で あ る. Mu - RHEED SEM - MBE device に よ る そ の field 観 examine を い, sentaku growth の others child を detailed に adjustable べ た results, sentaku growth の be presently に は SiO_2 membrane か ら の steamed again 発 の み な ら ず surface atomic の company, scattered も important な process で あ る こ と が.at し た. In the growth domain, the surface atoms of へ 拡 are 拡 and the dispersion is れ込みによ. In the growth domain, the <s:1> selectivity 択 on the <s:1> SiO_2 is が and significantly に upward する. こ の phenomenon を う ま く using す れ ば, sentaku の high い good な sentaku growth を be presently す る こ と が may と な る. One side, horizontal growth メカニズムを explains するために するために, よ <s:1>, the conditions for the growth of a large に are related to て dependence を and べる necessity がある. The そ ためメサ substrate ためメサ uses the を case た. メ サ substrate を with い れ ば, sentaku growth が し い conditions で も transverse direction growth を reached す る こ と が may で あ り, よ り hiroo い growth conditions に す seaborne る transverse direction growth の 挙 dynamic を beg す 検 る こ と が may と な る.

项目成果

T.Nishinaga: "Intersurface diffusion and fabrication of microstructures"Proceedings of the 6th International Symposium on Advanced Physical Fields. 1-7 (2001)

T.Nishinaga：“界面扩散和微结构的制造”第六届先进物理场国际研讨会论文集。

G.Bacchin,A.Umeno and hinaga: "Selective and lateral growth of GaAs on GaAs/Si(001)by low angle incidence microchannel epitaxy"Proceedings of The Fourth Symposium on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics. 11-16 (2000)

G.Bacchin、A.Umeno 和 hinaga：“通过低角度入射微通道外延在 GaAs/Si(001) 上选择性和横向生长 GaAs”第四届原子尺度表面和界面动力学研讨会论文集。

G.Bacchin,A.Umeno and T.Nishinaga: "Selective and lateral growth dependence on Ga beam incidence angle in low angle incidence microchannel epitaxy of GaAs"Extended abstracts of the 19th Electronic Materials Symposium, Izu-Nagaoka. 87-90 (2000)

G.Bacchin、A.Umeno 和 T.Nishinaga：“GaAs 低角入射微通道外延中 Ga 束入射角的选择性和横向生长依赖性”第 19 届电子材料研讨会（伊豆长冈）的扩展摘要。

西永 頌(分担執筆): "Advance in Crystal Growth Research"Elsevier. 419 (2001)

Ko Nishinaga（贡献者）：“晶体生长研究进展”Elsevier 419 (2001)。

G.Bacchin and T.Nishinaga: "A new way to achieve both selective and lateral growth by molecular beam epitaxy : low angle incidence microchannel epitaxy"Journal of Crystal. 208. 1-10 (2000)

G.Bacchin 和 T.Nishinaga：“通过分子束外延实现选择性和横向生长的新方法：低角度入射微通道外延”水晶杂志。