低温イオン注入によって半導体表面に形成されるセル状構造の成長機構の解明と構造制御

低温(〜150K)でのSnイオン注入によって化合物半導体GaSbとInSbの表面にセル状構造が自己組織化的に形成される(Nitta et al. J. Appl. Phys.,92(2002),1799)。そのセルの大きさは注入量が8×10^<14> ions/cm^2で,直径は50nm,深さが250nm,壁の厚さは10nm程度である。セル状構造形成はスパッタリングや気相成長ではなく,イオン注入によって導入される点欠陥の挙動に支配されている。平成16年度は以下のような課題に取り組んだ。(1)照射によって異常挙動を示す新しい系の探索:点欠陥の自己組織化により形成されるセル状構造は,イオン注入条件,例えば注入温度,イオンドーズ,加速電圧を選ぶならば,GaSb, InSb以外の他の無機物質でも形成される可能性がある。IV族半導体およびIII-V族化合物半導体を対象として,異常な表面構造が形成される系の探索を行った。その結果,GaSb, InSbに加え,Geにも,イオン注入によって表面にセル状構造(あるいはスポンジ状構造)が形成されることを確認した。(2)照射面方位依存性:イオン注入した(111)InSbをTEM-EDX解析し,注入後の元素組成に注入面方位依存性があらわれることを明らかにした。(111)InSbでは注入表面から深さ200nmぐらいまでSb濃度が高く,その比は深さ100nmで最大4:1である。この結果は(100)GaSbの結果と大きく異なる。この違いは注入面によるものだと考えられる。(3)新しい微細構造形成法の提案と実証:イオン照射によって導入された点欠陥の自己組織化的挙動を利用した微細構造形成法を提案し,これをFIBを用いて実証した。新しい微細加工形成法は、最初に規則正しい初期構造を作り,次の段階でイオン注入を行い壁を発達させるというものである。これにより初期構造が100nm間隔以上で構造の発達を確認することができた。

低温(〜150K)でのSnイオン注入によって化合物半導体GaSbとInSbの表面にセル状構造が自己組織化的に形成される(Nitta et al. J. Appl. Phys.,92(2002),1799)。そのセルの大きさは注入量が8×10^<14> ions/cm^2で,直径は50nm,深さが250nm,壁の厚さは10nm程度である。セル状構造形成はスパッタリングや気相成長ではなく,イオン注入によって導入される点欠陥の挙動に支配されている。平成16年度は以下のような課題に取り組んだ。(1)照射によって異常挙動を示す新しい系の探索:点欠陥の自己組織化により形成されるセル状構造は,イオン注入条件,例えば注入温度,イオンドーズ,加速電圧を選ぶならば,GaSb, InSb以外の他の無機物質でも形成される可能性がある。IV族半導体およびIII-V族化合物半導体を対象として,異常な表面構造が形成される系の探索を行った。その結果,GaSb, InSbに加え,Geにも,イオン注入によって表面にセル状構造(あるいはスポンジ状構造)が形成されることを確認した。(2)照射面方位依存性:イオン注入した(111)InSbをTEM-EDX解析し,注入後の元素組成に注入面方位依存性があらわれることを明らかにした。(111)InSbでは注入表面から深さ200nmぐらいまでSb濃度が高く,その比は深さ100nmで最大4:1である。この結果は(100)GaSbの結果と大きく異なる。この違いは注入面によるものだと考えられる。(3)新しい微細構造形成法の提案と実証:イオン照射によって導入された点欠陥の自己組織化的挙動を利用した微細構造形成法を提案し,これをFIBを用いて実証した。新しい微細加工形成法は、最初に規則正しい初期構造を作り,次の段階でイオン注入を行い壁を発達させるというものである。これにより初期構造が100nm間隔以上で構造の発達を確認することができた。