化合物半導体有機金属気層成長におけるサブサーフェスの理解とヘテロ界面制御への展開

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本研究は化合物半導体の有機金属気相成長法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy : MOVPE)を用いた結晶成長において、現在解明されていない最表面でのIII族原子の振る舞いについて検討を行い、デバイス構造の最適化と特性向上を目的としている。2年度である平成十七年度は主に結晶成長時における最表面での偏析現象を理解するために、新しくsub-surfaceを考慮した結晶成長モデルを構築し、変調操作手法を用いた解析に取り組み界面急峻性の向上に取り組んだ。具体的には、MOVPE成長において高温雰囲気中では結晶成長最表面は準安定状態であるため、原子の入れ替わりが起こりやすい遷移層(サブサーフェス)の状態になっている。これを解析するために、成長初期と成長直後の非定常状態を解析するために、原料の連続供給を細かく区切り繰り返し供給を行うことによって、非定常状態の割合を増加させることにより解析を可能とした。特にInGaP成長におけるサブサーフェス解析においてはInPとGaPで反応速度定数が違っていることを見出した。また、サブサーフェスの物理計算モデルを構築し、検証を行い、各物理定数の導出を行った。これらのパラメーターを用いることにより、連続供給による成長時に発現するIn偏析現象の再現が可能となった。また、この知見を元に急峻なヘテロ界面の作製を検証し、ガス切り替えシーケンスの改良を試みた。最適化したガス切り替えシーケンスによって作製されたヘテロ界面を走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscopy : STEM)を用いた解析により評価を行った。この解析により従来シーケンスでは2nm存在していた中間層を1nmに減少させることが可能となった。