準平衡成長および非平衡成長における混晶の成長機構と非混和性に関する研究

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結晶成長機構の原子レベルでの理解において特に重要なものは、原子ステップがどこから供給され、成長中どのように伝播するかということである。本年度は先ず準平衡成長である液相成長に注目し、原子ステップの振舞を調べるとともに、混晶の成長が原子レベルでどのように行なわれるかを調べた。このため、(Ga,Al)Asの液相成長を行ない、表面形態とAl組成の関係を空間分解フォトルミネッセンス法を用いてくわしく研究した。液相成長表面にはしばしばファセットと呼ばれる原子的に平担な面や、マクロステップと呼ばれる原子ステップが集合して形成された高さ0.1〜1μm程度の巨大なステップが観察される。そこで、これ等の形態とAl組成の関係を調べた。それによると、ファセット部又はマクロステップのテラス部ではAl濃度が少なく、オフファセット部又はマクロステップのライザ部のように原子ステップ密度の非常に高い部分にはAlがより多く導入されていることが判明した。又、位相差顕微鏡によれば、原子ステップはマクロステップの移動方向とは直角方向に伝播していることが判明し、このことから、ステップ源はらせん転位であることが推論された。一方、成長界面での過飽和度を理論的に求めると、ファセットないしテラスでは、その大きさは0.01%程度であり、オフファセット部では、それよりはるかに小さな値であることがわかった。これ等の事実を用いてAlの不均一分布を考察し、次の結論を得た。即ち、ファセット部では、原子ステップが非常に早く走るためAlを充分にとり込めず、Alが不足する。一方、オフファセット部では、原子ステップがゆっくり走るためAlは多くとり込まれることになる。これと同じ現象が、人為的に基板に形成したリッジや溝上に成長した(Ga,Al)Asに見られることが判明した。Alとり込みの原子モデルについては今後の検討課題である。