超微細構造半導体の結晶成長および配列制御に関する研究

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薄膜の成長様式の一つであるStranski-Krastanov様式によって形成される半導体量子ドットの大きさや形成位置を、原子スケールで制御する技術を確立することを目的として、歪み超格子の劈開面を用いる方法を新たに提案し、その有用性に関して基礎的な検討を行った。SiGe混晶Si/歪み超格子の劈開面上にGe量子ドットを配列させることを試みた。歪み超格子は、分子線エピラキシ-法により成長した。超格子を構成するSiGe混晶の組成、および周期を系統的に変化させた数枚の試料を準備し、その劈開面上にGeを成長した。Geの膜厚は、島形成の臨界膜厚を十分に超える目的で、6原子層とした。原子間力顕微鏡を用いた表面観察によって、島の形成は、通常のSi基板上に成長した場合とは異なり、周期性を持っていることが明らかになった。2次元フーリエ変換を用いた解析により、島の大きさは超格子の周期によって制御できていることがわかった。また、島の形成位置は、成長温度によって変化し、低温においてはSi上、高温においてはSiGe上に、選択的に島が形成された。これは、低温においては、Si上のGeの方が島形成の臨界膜厚が小さいことを反映し、熱平衡に近いような高温においては、エネルギー的に安定なSiGe上が島形成のサイトとなるものと思われる。この現象は、島を積層する場合に、高温下においては、島が成長方向に連なって成長するという現象と符合するものである。