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

化合物半導体ーSi系ヘテロエピの初期成長機構に関する研究を行った結果、以下の知見を得た。まず、極性/非極性半導体の組合せであるGaAs上のSi成長機構について調べた。その結果、RHEED振動の観察により、GaAs(100)基板上でSiは3ー4MLまでは原子的に平坦に成長すること、また成長初期に界面でGaとSiのミキシングの起こることが判明した。前者は層状成長膜厚が4%の格子不整合に起因する臨界膜厚に匹敵することから、臨界膜厚と成長モ-ドが密接に関係することを示している。又後者については,SiとAsの結合がGaとAsの結合より強いことによって起きると考えられた。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-ドで成長させた場合、成長初期においてRHEED強度振動は減衰するものの、膜厚数ML以降から通常の振動を維持することが分かった。なお、RHEEDパタ-ンは成長初期からストリ-クを維持した。一方、りん系についても基礎的な実験を行なった結果、次の点が明らかとなった。GaAs(100)上のInP直接成長では初期1ー2MLまで層状成長することが分かったが、それ以降3次元成長に移行した。これを回避するため40A程度のアモルファスInPを成長させ熱処理したところ平坦性の良いRHEEDパタ-ンが得られた。又このSPE成長層上にInPを成長させたところ、終始2次元に近い成長モ-ドで成長させることができた。次にSiーInP系の格子不整合(8%)とほぼ同じ系であるGaPーInP系についても実験を行なった。GaP(100)上のInP直接成長では1MLまでのRHEED振動は観察されたものの、その後島状成長に移った。以上のことよりInP系へのヘテロエピについては更に詳細な実験を行う必要性があることが分かった。

化合物半導体ーSi系ヘテロエピの初期成長機構に関する研究を行った結果、以下の知見を得た。まず、極性/非極性半導体の組合せであるGaAs上のSi成長機構について調べた。その結果、RHEED振動の観察により、GaAs(100)基板上でSiは3ー4MLまでは原子的に平坦に成長すること、また成長初期に界面でGaとSiのミキシングの起こることが判明した。前者は層状成長膜厚が4%の格子不整合に起因する臨界膜厚に匹敵することから、臨界膜厚と成長モ-ドが密接に関係することを示している。又後者については,SiとAsの結合がGaとAsの結合より強いことによって起きると考えられた。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-ドで成長させた場合、成長初期においてRHEED強度振動は減衰するものの、膜厚数ML以降から通常の振動を維持することが分かった。なお、RHEEDパタ-ンは成長初期からストリ-クを維持した。一方、りん系についても基礎的な実験を行なった結果、次の点が明らかとなった。GaAs(100)上のInP直接成長では初期1ー2MLまで層状成長することが分かったが、それ以降3次元成長に移行した。これを回避するため40A程度のアモルファスInPを成長させ熱処理したところ平坦性の良いRHEEDパタ-ンが得られた。又このSPE成長層上にInPを成長させたところ、終始2次元に近い成長モ-ドで成長させることができた。次にSiーInP系の格子不整合(8%)とほぼ同じ系であるGaPーInP系についても実験を行なった。GaP(100)上のInP直接成長では1MLまでのRHEED振動は観察されたものの、その後島状成長に移った。以上のことよりInP系へのヘテロエピについては更に詳細な実験を行う必要性があることが分かった。