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

原子層エピタキシ-において自己停止機能のメカニズムを知ることは重要である。これまでに、光学的手段により原料ガス供給段階において形成される表面吸着種について観察されてきたが、この方法で吸着種の同定は困難である。そこで本研究では、超精密天秤により成長段階での重量変化を測定し、形成された表面吸着種の同定を行い、現在問題となっているハロゲン系ALEの自己停止機能を明らかにすることを試みた。GaAsの成長は水素雰囲気下、GaAs(100)基板上にGa原料であるGaCl、As原料であるAsH_3を交互に供給して成長を行うハロゲン系原子層エピタキシ-法によって行われた。この成長過程を、これまでに申請者が開発したALE成長装置に超精密天秤を組み合わせた成長速度のその場測定装置を用いて観察した。測定に先立ち、天秤のアンプをDC増幅からAC増幅に替えS/N比を向上させた。その結果、天秤の感度をGaAs基板の面積当たり0.025μgに向上させた。また、この天秤感度の改良後、GaCl供給後の水素パ-ジ段階での重量変化を測定した結果、その段階での成長表面がGaであることが明らかになった。このようにALE成長中の表面の吸着種が定量的に確認されたのは国内外ともなく、大きな成果といえる。

原子層エピタキシ-において自己停止機能のメカニズムを知ることは重要である。これまでに、光学的手段により原料ガス供給段階において形成される表面吸着種について観察されてきたが、この方法で吸着種の同定は困難である。そこで本研究では、超精密天秤により成長段階での重量変化を測定し、形成された表面吸着種の同定を行い、現在問題となっているハロゲン系ALEの自己停止機能を明らかにすることを試みた。GaAsの成長は水素雰囲気下、GaAs(100)基板上にGa原料であるGaCl、As原料であるAsH_3を交互に供給して成長を行うハロゲン系原子層エピタキシ-法によって行われた。この成長過程を、これまでに申請者が開発したALE成長装置に超精密天秤を組み合わせた成長速度のその場測定装置を用いて観察した。測定に先立ち、天秤のアンプをDC増幅からAC増幅に替えS/N比を向上させた。その結果、天秤の感度をGaAs基板の面積当たり0.025μgに向上させた。また、この天秤感度の改良後、GaCl供給後の水素パ-ジ段階での重量変化を測定した結果、その段階での成長表面がGaであることが明らかになった。このようにALE成長中の表面の吸着種が定量的に確認されたのは国内外ともなく、大きな成果といえる。