化合物半導体清浄表面と有機金属との相互作用

本研究は、化合物半導体の種々の清浄表面と有機金属との相互作用を実験的に明らかにしていくことを目的とした。具体的には、超高真空中でMBE成長したGaAsなどの清浄表面に、有機金属を照射し、その相互作用の様子を電子分光法、反射高エネルギ電子線回折等を用いて明らかにすることを試み、さらに水素、水素ラジカル照射で、成長の様式や不純物(特に炭素)の取り込みがどのように変わるかを明らかにすることを試みた。本年度の成果は以下の通り。オージェ電子分光、二次イオン質量分析法、透過電子顕微鏡を用いて、真空中においてGaAs清浄表面に照射されたトリメチルガリウム(TMGa)のカイネティクスと成長速度、炭素不純物の濃度との関係を統一的に明らかにした。GaAs上でTMGaはまず解離吸着し、メチル基が速い時定数(<1s)で脱離してメチルガリウム(ジメチル又はモノメチルガリウム)となる。その後100s(〜500℃)程度の時定数で、メチル基が脱離する。このメチル基が、原子層エピタキシにおける自己停止機構を実現している。さらに長い時定数(>600s)をもつ表面炭素も測定されているが、これがGaAs中の残留炭素濃度を決定するものと考えられる。高純度GaAsの結晶成長にはこの最後の炭素を除去することが必要となるが、これには、水素ラジカルを照射することが有効であり、残留炭素濃度を10^<20>cm^<-3>から10^<18>cm^<-3>以下に低減することが可能であることを明らかにした。ラジカルビームの強度、照射時間をあげることでよりいっそうの低減が可能である。また、TMGaパージサイクル中に水素ラジカルを照射することによって原子層エピタキシの成長速度が1ML以上に増加する、すなわち吸着したTMGaの量が1MLを越えていることを示す興味深い結果も得られた。

本研究は、化合物半導体の種々の清浄表面と有機金属との相互作用を実験的に明らかにしていくことを目的とした。具体的には、超高真空中でMBE成長したGaAsなどの清浄表面に、有機金属を照射し、その相互作用の様子を電子分光法、反射高エネルギ電子線回折等を用いて明らかにすることを試み、さらに水素、水素ラジカル照射で、成長の様式や不純物(特に炭素)の取り込みがどのように変わるかを明らかにすることを試みた。本年度の成果は以下の通り。オージェ電子分光、二次イオン質量分析法、透過電子顕微鏡を用いて、真空中においてGaAs清浄表面に照射されたトリメチルガリウム(TMGa)のカイネティクスと成長速度、炭素不純物の濃度との関係を統一的に明らかにした。GaAs上でTMGaはまず解離吸着し、メチル基が速い時定数(<1s)で脱離してメチルガリウム(ジメチル又はモノメチルガリウム)となる。その後100s(〜500℃)程度の時定数で、メチル基が脱離する。このメチル基が、原子層エピタキシにおける自己停止機構を実現している。さらに長い時定数(>600s)をもつ表面炭素も測定されているが、これがGaAs中の残留炭素濃度を決定するものと考えられる。高純度GaAsの結晶成長にはこの最後の炭素を除去することが必要となるが、これには、水素ラジカルを照射することが有効であり、残留炭素濃度を10^<20>cm^<-3>から10^<18>cm^<-3>以下に低減することが可能であることを明らかにした。ラジカルビームの強度、照射時間をあげることでよりいっそうの低減が可能である。また、TMGaパージサイクル中に水素ラジカルを照射することによって原子層エピタキシの成長速度が1ML以上に増加する、すなわち吸着したTMGaの量が1MLを越えていることを示す興味深い結果も得られた。