超精密天秤による原子層エピタキシ-の成長メカニズムの研究

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近年、原子・分子レベルの単位で結晶成長させる方法として原子層エピタキシ-(Atomic Layer Epitaxy)法が注目されている。この方法は、結晶構成元素を含む原料ガスを交互に供給することで、原料ガスの単分子吸着(自己停止機能)をたくみに利用し、一分子層単位で極めて正確に膜厚を成長させようとするものである。しかし、一分子層は約3Aと非常に薄いため、これまでに原子層エピタキシ-のその場観察は不可能であった。最近、申請者らは原子層エピタキシ-成長装置にマイクロバランスを組み合わせた装置を開発し、一原料供給サイクル当りの一分子層成長のその場観察に成功した。本研究では、このその場観察の感度を更に高精密化し、GaAs分子層の形成過程である『吸着』、『反応』のそれぞれの過程の重量変化を測定することを目的とした。その結果、1 現有の原子層エピタキシ-成長装置(動的感度0.1mug)の原料ガス供給系を超高速・高安定に置き換えることで、重量変化を高精密度で(動的感度0.02mug以下)で測定できるようになった。2 次いで、原子層エピタキシ-成長の分子層の形成過程である吸着時の重量変化をそれぞれ測定した結果、III族原料であるGaClの供給時において、As安定化面(GaAs(100)基板)にGaCl複合体が生成され、GaClの供給停止により分解が生じ、表面は金属Gaの一原子層で覆われることが観察された。これよりGaAsのALE成長における自己停止機能は、基板結晶へのGaClの供給によりAs表面が複合体により覆われることに起因していることが明らかになった。