化合物半導体-Si系ヘテロエピタキシーの初期原子層制御と転位低減化に関する研究

化合物半導体-Si系ヘテロエピについて初期成長機構を幾つかの系について研究を行った結果、以下のような成果が得られた。まず、シュードモルフィック成長したSi(1〜3ML)/GaAs(100)基板上へのGaAsの成長過程について調べた。その結果、RHEED振動及びSIMS観察により、この構造におけるSiは、比較的低い成長温度で基板表面側に偏析し、Gaのマイグレーションを妨げること、また低温MEE成長により、Siの偏析を抑えることができ、2次元成長モードが得られることが明かとなった。次に格子不整合のほとんど無いGe上のGaAs成長を行った。Ge(111)上にGaAsをMEEモードで成長させた場合、成長初期にRHEED振動は乱れるもののすぐ回復した。しかしGaAsヘテロエピ界面付近にGeの偏析が観察された。そこでGeにAlAs初期層を成長させ、ついでGaAsを成長させたところGeの偏析が抑えられる事が分かった。これはAlとAsの結合力が強く、偏析しようとするGe原子の拡散を妨げることによるものであると考えられる。一方、りん系についても基礎的な実験を行った。SiとPの強い結合のためSi表面にPの安定化面が形成され、表面は不活性になり、このため非常に高いビームフラックス比が必要となることから、ここではInP(100)基板上へのSiヘテロエピ成長を行った。その結果、成長開始直後に約1-3ML成長に相当するRHEED振動が観察された。その後振動は観察されなかったが、ストリークパターンは持続した。またRHEEDパターンの変化からSi中にInの偏析している可能性があることが示唆された。

化合物半導体-Si系ヘテロエピについて初期成長機構を幾つかの系について研究を行った結果、以下のような成果が得られた。まず、シュードモルフィック成長したSi(1〜3ML)/GaAs(100)基板上へのGaAsの成長過程について調べた。その結果、RHEED振動及びSIMS観察により、この構造におけるSiは、比較的低い成長温度で基板表面側に偏析し、Gaのマイグレーションを妨げること、また低温MEE成長により、Siの偏析を抑えることができ、2次元成長モードが得られることが明かとなった。次に格子不整合のほとんど無いGe上のGaAs成長を行った。Ge(111)上にGaAsをMEEモードで成長させた場合、成長初期にRHEED振動は乱れるもののすぐ回復した。しかしGaAsヘテロエピ界面付近にGeの偏析が観察された。そこでGeにAlAs初期層を成長させ、ついでGaAsを成長させたところGeの偏析が抑えられる事が分かった。これはAlとAsの結合力が強く、偏析しようとするGe原子の拡散を妨げることによるものであると考えられる。一方、りん系についても基礎的な実験を行った。SiとPの強い結合のためSi表面にPの安定化面が形成され、表面は不活性になり、このため非常に高いビームフラックス比が必要となることから、ここではInP(100)基板上へのSiヘテロエピ成長を行った。その結果、成長開始直後に約1-3ML成長に相当するRHEED振動が観察された。その後振動は観察されなかったが、ストリークパターンは持続した。またRHEEDパターンの変化からSi中にInの偏析している可能性があることが示唆された。