混晶の結晶学的構造の原子レベルでの解析

収束電子線回折により観察されるHOLZパターンから混晶半導体材料の局所的な格子定数を評価する手法を検討した。特に、In,Ga,ZnとSi-Ge半導体について実験を行い、混晶半導体の局所的不均質性を定量的に評価する手段として、上記方法を応用する際の実験条件および解析方法における問題点を議論した。電子線の加速電圧と入射方向は実験条件としてはなるべく多くのHOLZラインが出現するように設定した方が求める格子定数の精度の点からは好ましいが、逆にHOLZラインの数が多くなりすぎると運動学的回折理論に基づく簡単な解析方法が適用できなくなり、動力学的理論に基づく膨大な計算が必要となることが判明した。運動学的近似による簡便な解析法の適用という観点からは、加速電圧と電子線入射方向の結晶対称性はともに低い方が一般的に有利であることが示された。また、試料を冷却することにより、明瞭なHOLZパターンが得られるだけでなく、試料の汚染をも軽減させ、実験上有効であることがわかった。したがって、微小領域の格子定数を精度良くしかも簡便に測定するためには、対象とする材料に応じて、特に加速電圧と電子線入射方向を中心とした厳しい実験条件の吟味が必要である。このような最適条件下では、5〜20nmの微小領域での格子定数が有効数字4桁で求められることが判明した。収束電子線回折実験と電子顕微鏡像観察を併用することにより、In,Ga,Sbは均質で良好な結晶が得られていることが、一方、Si-Geには局所的な濃度変動が生じていることが明らかとなった。さらに、超格子半導体の接合界面の微細構造を評価するために、高分解能電子顕微鏡観察の実験条件をマルチスライス法による回折理論に基づき検討した。その結果、Ga,As-Ga,Al,As超格子界面の観察には25nm以下の試料膜厚が要求されることが示され、実際の実験を行う上での重要な指標を得た。

収束電子線回折により観察されるHOLZパターンから混晶半導体材料の局所的な格子定数を評価する手法を検討した。特に、In,Ga,ZnとSi-Ge半導体について実験を行い、混晶半導体の局所的不均質性を定量的に評価する手段として、上記方法を応用する際の実験条件および解析方法における問題点を議論した。電子線の加速電圧と入射方向は実験条件としてはなるべく多くのHOLZラインが出現するように設定した方が求める格子定数の精度の点からは好ましいが、逆にHOLZラインの数が多くなりすぎると運動学的回折理論に基づく簡単な解析方法が適用できなくなり、動力学的理論に基づく膨大な計算が必要となることが判明した。運動学的近似による簡便な解析法の適用という観点からは、加速電圧と電子線入射方向の結晶対称性はともに低い方が一般的に有利であることが示された。また、試料を冷却することにより、明瞭なHOLZパターンが得られるだけでなく、試料の汚染をも軽減させ、実験上有効であることがわかった。したがって、微小領域の格子定数を精度良くしかも簡便に測定するためには、対象とする材料に応じて、特に加速電圧と電子線入射方向を中心とした厳しい実験条件の吟味が必要である。このような最適条件下では、5〜20nmの微小領域での格子定数が有効数字4桁で求められることが判明した。収束電子線回折実験と電子顕微鏡像観察を併用することにより、In,Ga,Sbは均質で良好な結晶が得られていることが、一方、Si-Geには局所的な濃度変動が生じていることが明らかとなった。さらに、超格子半導体の接合界面の微細構造を評価するために、高分解能電子顕微鏡観察の実験条件をマルチスライス法による回折理論に基づき検討した。その結果、Ga,As-Ga,Al,As超格子界面の観察には25nm以下の試料膜厚が要求されることが示され、実際の実験を行う上での重要な指標を得た。