水素媒介によるシリコン中の単原子層デルタドープ構造の形成

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研究代表者らのグループは、最近、水素終端されたSi表面では金属薄膜の成長過程が清浄表面の場合と大きく異なり、低温でもエピキシーが著しく促進されることを発見し、これを水素媒介エビタキシーと呼んでいる。水素媒介エビタキシーは、ヘテロエピタキシーを促進させる効果のほか、原子レベルで急峻なヘテロ構造を形成しうる可能性をもつ。このように、水素媒介エビタキシーを利用すれば、デルタドープ構造の急峻性を原子レベルで制御できる可能性がある。本研究では、水素媒介エピタキシーを利用したシリコン中のデルタドープ構造の形成初期過程を基礎的に解明し、これに基づいて、水素媒介によってシリコン中に完全な急峻性をもつ単原子層のデルタドープ構造を形成することを目的とした。本年度では、Si中のデルタドープ構造の急峻性がSiバッファー層の成長方法にどのように依存するかを調べるため、Si(001)基板上のGe単原子層の上に、Siバッファー層を (1)分子線エピタキシー、(2)水素媒介エピタキシー、および(3)固相エピタキシーにより成長させ、デルタドープ構造の形成初期過程を低速イオン散乱分光法と弾性反跳粒子検出法を用いてその場観察を行った。その結果、水素媒介エビタキシーにおいては、分子線エビタキシーにおいて顕著であった、Siバッファー層成長におけるGeの表面偏析が抑制されることが分った。Geの界面急峻性を比較した結果、3つの手法のうち、固相エピタキシーによるものが最も急峻性の良いデルタドープ構造を形成できることが分った。