分子線エピタキシ(MBE)における分子伝熱機構の解明

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通常,平面の創成は,力学的な除去加工により行われているが,本研究では,全く新しい平面創成法としてエピタキシャル成長のひとつである分子線エピタキシ(Molecuar Beam Epitaxy;MBE)に注目した.MBEによって得られる創成面は高純度は単結晶の結晶成長層であり,その表面は幾何学的には分子レベルで超高精度になると考えられる。そこで,本研究では,MBEによって平面を創成する第一段階として,Si基板(基板面方位(111))にSiを成長させるホモ・エピタキシャル成長を対象とした.そして,創成面の性状に影響を及ぼすと考えられる因子のうち,まず,基板温度がおよぼす影響について,理論的な考察および実験的な解析をおこなった.MBEにおいて,表面拡散距離(λ)とは,付着分子が基板結晶に捕捉されるまでの移動量であり,そのエネルギは基板から付着分子への伝熱によって与えられると考えると,λ=(aT/J)^<0.25>(a:定数,T:基板温度,J:付着分子量)で与えられる.すなわち,付着分子量が一定の条件のもとで,基板温度の変化は,表面拡散距離の変化となる.本研究では,基板温度をエピタキシャル成長が起こるとされている400〜800℃の温度域内で100℃間隔で変化させた.実際の実験によれば,幾何形状については,基板温度400,500,600℃ではもとの基板と同程度の粗さであったが,基板温度600℃以上になると温度が高いほど粗くなっていた.他方,結晶性については,基板温度400,500℃の場合は,結晶性が良好ではなかったが,基板温度600,700,800℃の場合は,Si(111)面に特有の回析像(7×7構造)が得られ,結晶性は成膜前よりも良好となった.すなわち,表面拡散距離λが短い場合,結晶性が悪くなり,表面拡散距離λが長い場合,結晶性は良いが,表面粗さが粗くなると考えられる.このことは,良好な表面粗さ及び結晶性を得るためには,表面拡散距離λに最適な値が存在することを示唆している.