化合物半導体ALE成長プロセスのその場観察

従来、原子層エピタキシャル(ALE)成長の成長速度(1分子層/1サイクル)の確認は数百〜数千分子層を成長した成長膜厚の測定から推定していた。このため、この値は数百〜数千サイクルの平均値にすぎず、ALE成長の基本である原料分子の成長表面への吸着に起因する自己停止機能が1分子層単位で起こっているかどうかは確認不可能であった。また、成長表面上での原料分子のダイナミックな振る舞いのリアルタイムなその場観察システムの構築はALE成長メカニズムの解明に必要不可欠である。以下、我々が本重点領域研究で行った(1)マイクロバランスを用いた成長速度のその場測定、(2)表面光吸収法を用いた吸着分子のダイナミックなその場観察 の結果を述べる。(1)マイクロバランスを用いたその場測定流量、系内圧力を高安定に保つことが可能なALE成長装置を作成し、これに超高感度のマイクロバランスを組み合わせた。外部からの振動や電気的なノイズの進入を極力減少させる工夫を施すことにより、基板結晶重量をALE成長サイクル中0.05μg以下の精度で測定可能なその場測定システムを完成させた。この装置を用いGaAsのALE成長を行った。その結果、従来平均値でしか得られなかった1サイクル当たりの成長速度をリアルタイムに測定することに成功した。(2)表面光吸収法を用いた表面吸着分子のその場観察アルゴンイオンレ-ザを用いた表面光吸収測定装置を組み込んだALE成長装置を完成させた。本システムによりGaAs ALE成長時のGaAs基板結晶表面の光吸収の観察を行った結果、III族原料であるGaCl分子の成長表面への吸着は、従来考えられていたGaCl分子のラングミュア-型の吸着平衡では説明できない複雑な挙動が観測された。この観測結果とマイクロバランスによるその場測定の結果より、1サイクル当たり1分子層の成長を可能とする自己停止機能は、吸着複合体が成長表面に生成されることに起因していることを明らかにした。

従来、原子層エピタキシャル(ALE)成長の成長速度(1分子層/1サイクル)の確認は数百〜数千分子層を成長した成長膜厚の測定から推定していた。このため、この値は数百〜数千サイクルの平均値にすぎず、ALE成長の基本である原料分子の成長表面への吸着に起因する自己停止機能が1分子層単位で起こっているかどうかは確認不可能であった。また、成長表面上での原料分子のダイナミックな振る舞いのリアルタイムなその場観察システムの構築はALE成長メカニズムの解明に必要不可欠である。以下、我々が本重点領域研究で行った(1)マイクロバランスを用いた成長速度のその場測定、(2)表面光吸収法を用いた吸着分子のダイナミックなその場観察 の結果を述べる。(1)マイクロバランスを用いたその場測定流量、系内圧力を高安定に保つことが可能なALE成長装置を作成し、これに超高感度のマイクロバランスを組み合わせた。外部からの振動や電気的なノイズの進入を極力減少させる工夫を施すことにより、基板結晶重量をALE成長サイクル中0.05μg以下の精度で測定可能なその場測定システムを完成させた。この装置を用いGaAsのALE成長を行った。その結果、従来平均値でしか得られなかった1サイクル当たりの成長速度をリアルタイムに測定することに成功した。(2)表面光吸収法を用いた表面吸着分子のその場観察アルゴンイオンレ-ザを用いた表面光吸収測定装置を組み込んだALE成長装置を完成させた。本システムによりGaAs ALE成長時のGaAs基板結晶表面の光吸収の観察を行った結果、III族原料であるGaCl分子の成長表面への吸着は、従来考えられていたGaCl分子のラングミュア-型の吸着平衡では説明できない複雑な挙動が観測された。この観測結果とマイクロバランスによるその場測定の結果より、1サイクル当たり1分子層の成長を可能とする自己停止機能は、吸着複合体が成長表面に生成されることに起因していることを明らかにした。