エピタキシャル成長表面のモルフォロジーと成長機構

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Si(111)表面の7x7超格子構造上にSi膜を成長させ、その表面に形成される原子状ステップ構造を推定し、成長過程における構造組み替え過程の役割を明らかにすることを目的とする。そのために表面からの低速電子回折強度(LEED)の半値幅(FWHM)の入射電子線のエネルギー(Ep)依存性の観測、走査型トネンル顕微鏡(STM)による観察から原子状ステップの構造を調べた。なお、Si膜は基板温度を300℃以下にして成長させた。この条件では、成長初期はエピタキシャル成長するが、成長とともに構造階層化が起こる条件であるので、構造組み替え過程を検討することに適している。高さdoのモノステップのa倍からなる原子状ステップをもつ表面では、それらを介して隣合うテラスからの反射の際に生じる位相差が、2πの整数倍になると回折強度のFWHMが極小になる。位相差は、Ep^<1/2>adoに比例するので、Ep^<1/2>doを変数としてFWHMをプロットしなおすと2πの1/n(nは整数)と整数倍を満足するときにFWHMが極小値をとる。これはn原子ステップ形成を意味する。成長表面から観測したFWHMは成長速度を小さくするほど小さくなること、およびそれを解析すると、2、3原子ステップからなることを見いだした。作製したSi膜のLEEDを観測後に、ステップ構造を直接確認するために、本研究で製作したポータブル式超高真空装置に格納し、STM装置に転送して観察を試みた。しかし、トンネル電流が安定化せず明瞭な像を得る段階に達していない。格納・転送の際に10^<-9>Torr台に真空度が悪くなるために表面が汚染される、あるいは成長温度が低いために表面構造が安定平衡に達していないためである、と考えられる。直接STM装置内で成長させる研究あるいは600℃以上の基板温度で成長させたSi膜のSTM観察を行う必要があり、その準備を行っている。