PEEM-REM法によるシリコン表面上の半導体結晶成長過程の研究

その場蒸着用の蒸着装置を備え、PEEM観察が可能な既存の超高真空電子顕微鏡は、REM-RHEEDによる観察とPEEMによる観察を平行して行うことが可能である。この電子顕微鏡を用いて、結晶成長時の下地シリコン基板の温度と成長速度を制御してGeの蒸着過程の観察を行った。その結果、清浄表面上にGeを蒸着した場合に比較して、In原子で覆われた表面上にGeを蒸着した場合の方がエピタキシャル温度が低くなる傾向があることがわかった。これは、Inで表面を覆う事によってGe原子の表面拡散が促進され、Geが表面上を動き易くなることによると考えられる。また、低温でGeを蒸着しておき、下地温度を少しずつ上げていく過程をREM法で観察した結果、Geの3次元の島の形成が観察された。このとき、清浄表面上でのGeの3次元の島の形状には大きな異方性が認められなかったのに対して、Inで覆っておいた表面上にGeを蒸着した後、昇温して得られたGeの3次元の島の形状には大きな異方性が認められた。また、Si(111)面上でAgを室温でマスク蒸着し、その後昇温し、Agの吸着構造と形態変化の過程をREM法とPEEM法で観察した。仕事関数の違いのためAgが存在する領域は、清浄なSi表面よりも明るく見えるが、200℃前後に加熱するとAgの存在による明るいコントラストの領域が小さくなるのがPEEM法で観察された。このような現象はREM法では観察されておらず、表面エレクトロマイグレーションによるAgの移動でもない。この原因は、回折法を用いて像が得られるREM法では観察されないような表面上にランダムに存在しているAgが、表面上を拡散して集まり3次元の島を形成した過程であると考えられる。このように無秩序系がPEEM法で観察できたことはこの手法の有利な点の1つであると言える。

その場蒸着用の蒸着装置を備え、PEEM観察が可能な既存の超高真空電子顕微鏡は、REM-RHEEDによる観察とPEEMによる観察を平行して行うことが可能である。この電子顕微鏡を用いて、結晶成長時の下地シリコン基板の温度と成長速度を制御してGeの蒸着過程の観察を行った。その結果、清浄表面上にGeを蒸着した場合に比較して、In原子で覆われた表面上にGeを蒸着した場合の方がエピタキシャル温度が低くなる傾向があることがわかった。これは、Inで表面を覆う事によってGe原子の表面拡散が促進され、Geが表面上を動き易くなることによると考えられる。また、低温でGeを蒸着しておき、下地温度を少しずつ上げていく過程をREM法で観察した結果、Geの3次元の島の形成が観察された。このとき、清浄表面上でのGeの3次元の島の形状には大きな異方性が認められなかったのに対して、Inで覆っておいた表面上にGeを蒸着した後、昇温して得られたGeの3次元の島の形状には大きな異方性が認められた。また、Si(111)面上でAgを室温でマスク蒸着し、その後昇温し、Agの吸着構造と形態変化の過程をREM法とPEEM法で観察した。仕事関数の違いのためAgが存在する領域は、清浄なSi表面よりも明るく見えるが、200℃前後に加熱するとAgの存在による明るいコントラストの領域が小さくなるのがPEEM法で観察された。このような現象はREM法では観察されておらず、表面エレクトロマイグレーションによるAgの移動でもない。この原因は、回折法を用いて像が得られるREM法では観察されないような表面上にランダムに存在しているAgが、表面上を拡散して集まり3次元の島を形成した過程であると考えられる。このように無秩序系がPEEM法で観察できたことはこの手法の有利な点の1つであると言える。