シリコン基板上化合物半導体の結晶成長初期過程

MOCVD法を用いてSi基板上にGaAs,GaP,AlAsの化合物半導体をV/III比、成長速度、基板のオフ角度などを変えて結晶成長を行い、どの様な機構で核形成が起こり、成長が進むか調べた。Si基板上にはすべての化合物半導体は成長初期に3次元島状成長した。AlAsはSi上に連続した島を形成するのに対し、GaAsとGaPは島同志が離れている。これはSiとGaやAlとの結合の違いによるものだと考えられる。即ち、AlはSiとの結合力が強いためにAlAsは平坦になりやすいが、GaはSiとの結合力が弱いために島を形成した方がエネルギ-的に安定であり、3次元成長しやすいと考えられる。次に、Siにほぼ格子整合がとれているGaPに対して、成長条件を変えて島の密度がどの様に変化するか調べた。島の密度は成長速度に比例して増加した。V/III比を増加すると島の密度は増加し、V/III比が600では連続した膜が形成され、800では平坦な膜になった。島の密度はオフ角度を変化しても変化がなかった。MOCVD法によるホモ成形では原料は気相中で分解され、境界層を拡散し、基板表面をマイグレ-ションしてステップに取り込まれて2次元成長する。Si基板上の場合、原料の分解と境界層の拡散はホモ成長と大きな違いはなく、基板上のマイグレ-ション長がホモ成長の場合より長いと考えられる。即ち、原料は基板上をマイグレ-ションしている間に分子は徐々に大きくなり、分子はクラスタ-を形成し、分子の大きさがある大きさ以上になり、マイグレ-ションしにくくなるとクラスタ-は基板に堆積し、島を形成する。島の密度はGa、Pの濃度に比例することからクラスタ-はGa_xP_yの形をしていると考えられる。

MOCVD法を用いてSi基板上にGaAs,GaP,AlAsの化合物半導体をV/III比、成長速度、基板のオフ角度などを変えて結晶成長を行い、どの様な機構で核形成が起こり、成長が進むか調べた。Si基板上にはすべての化合物半導体は成長初期に3次元島状成長した。AlAsはSi上に連続した島を形成するのに対し、GaAsとGaPは島同志が離れている。これはSiとGaやAlとの結合の違いによるものだと考えられる。即ち、AlはSiとの結合力が強いためにAlAsは平坦になりやすいが、GaはSiとの結合力が弱いために島を形成した方がエネルギ-的に安定であり、3次元成長しやすいと考えられる。次に、Siにほぼ格子整合がとれているGaPに対して、成長条件を変えて島の密度がどの様に変化するか調べた。島の密度は成長速度に比例して増加した。V/III比を増加すると島の密度は増加し、V/III比が600では連続した膜が形成され、800では平坦な膜になった。島の密度はオフ角度を変化しても変化がなかった。MOCVD法によるホモ成形では原料は気相中で分解され、境界層を拡散し、基板表面をマイグレ-ションしてステップに取り込まれて2次元成長する。Si基板上の場合、原料の分解と境界層の拡散はホモ成長と大きな違いはなく、基板上のマイグレ-ション長がホモ成長の場合より長いと考えられる。即ち、原料は基板上をマイグレ-ションしている間に分子は徐々に大きくなり、分子はクラスタ-を形成し、分子の大きさがある大きさ以上になり、マイグレ-ションしにくくなるとクラスタ-は基板に堆積し、島を形成する。島の密度はGa、Pの濃度に比例することからクラスタ-はGa_xP_yの形をしていると考えられる。