レーザ誘起原子層エピタキシーによる純正III-V族半導体結晶の製作

激光诱导原子层外延法制备纯III-V族半导体晶体

• 批准号: 05650301
• 负责人: 吉本 昌広
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650301/
• 关键词: レーザ誘起反応; 原子層エピタキシャル成長; ガリウムリン; その場観測; 反射高速電子線回折法; 有機金属分子線エピタキシャル成長法; 二次イオン質量分析法; 表面反応

本研究は、申請者らが見いだしたレーザ誘起原子層エピタキシャル成長法により単原子層成長を実現し、最終的には、原子層エピタキシー法に本来期待されているような良質の半導体結晶(純正半導体結晶)を得ることを目的としている。以下の結果を得た。トリエチルガリウム(TEGa)とホスフィンを原料とする有機金属分子線成長法において、熱による成長がほとんど起こらない400℃以下の低温で窒素レーザを照射することによりGaPを成長した。レーザ照射前はTEGaが基板上に飽和吸着しており、GaP成長表面での反射高速電子線回折(RHEED)像の輝度は一定であった。レーザを照射すると急激に輝度は低下する。その後、輝度は徐々に増加し、レーザ照射前の輝度まで回復する。レーザ照射後の輝度の回復時間はホスフィン流量が増大すれば短くなるが、TEGa流量には依存しなかった。レーザ照射により基板に吸着したTEGaが瞬時に分解することにより輝度は低下し、GaがPと反応することで輝度は回復する。このことは、レーザ照射による成長では原料を同時に供給していても、TEGaの分解反応とGaとPの反応を交互に起こすことができることを示している。上記の反応過程を定量的に扱い、RHEEDの輝度変化を半定量的に説明した。実際にレーザ誘起原子層エピタキシャル成長法でGaPを成長したところ、成長速度は最大0.5原子層/サイクルで1原子層/サイクルに達しなかった。これはPと反応していないTEGa分解種が基板上に残留しており、TEGaの基板吸着が阻害されているためと考えられる。レーザ誘起を行なわない通常の熱反応で成長したGaPの混入不純物を二次イオン質量分析法で測定し、また電気的特性を明確にした。今後、レーザー誘起原子層エピタキシャル成長法によるGaPの混入不純物量および電気的特性を明確にする予定である。

本研究旨在利用申请人发现的激光诱导原子层外延生长方法实现单原子层生长，最终生产出原本期望通过原子层外延生长的高质量半导体晶体（真正的半导体晶体）。得到以下结果。 GaP是以三乙基镓（TEGa）和磷化氢为原料，在400℃以下的低温下用氮激光照射，采用金属有机分子束生长法生长的，几乎不发生热生长。激光照射前，TEGa饱和吸附在衬底上，GaP生长表面反射高速电子衍射（RHEED）图像的亮度恒定。当激光照射时，亮度迅速降低。之后，亮度逐渐增加并恢复到激光照射前的亮度。随着磷化氢流量的增加，激光照射后的亮度恢复时间变短，但与TEGa流量无关。当吸附在基板上的TEGa因激光照射而瞬间分解时，亮度降低，当Ga与P反应时亮度恢复。这表明，在激光照射生长中，即使同时供给原料，TEGa的分解反应以及Ga和P的反应也可以交替发生。对上述反应过程进行定量处理，并对RHEED的亮度变化进行半定量解释。当实际使用激光诱导原子层外延生长来生长GaP时，生长速率最大为0.5原子层/周期，并且没有达到1原子层/周期。认为这是由于未与P反应的TEGa分解物质残留在基板上，阻碍了TEGa向基板的吸附。我们使用二次离子质谱法测量了在没有激光感应的情况下通过正常热反应生长的 GaP 中的杂质，并阐明了其电特性。未来，我们计划利用激光诱导原子层外延生长来阐明混入的杂质数量和GaP的电特性。

项目成果

Masahiro Yoshimoto: "In-situ RHEED observation on surface reactions in laser triered chemical beam epitaxy" Applied Surface Science. (in press).

Masahiro Yoshimoto：“激光尝试化学束外延中表面反应的原位 RHEED 观察”应用表面科学。

Masahiro Yoshimoto: "In-situ reflection high-energy electron diffraction observation of laser-triggered GaP growth in chemical beam epitaxy" Journal of Crystal Growth. (in press).

Masahiro Yoshimoto：“化学束外延中激光触发 GaP 生长的原位反射高能电子衍射观察”晶体生长杂志。

Tadao Hashimoto: "Reflection high-energy electron diffraction observation of surface reaction triggered by pulsed laser irradiation during GaP growth in chemical beam epitaxy" Applied Physics Letters. 63. 2097-2099 (1993)

桥本忠雄：“化学束外延中 GaP 生长过程中脉冲激光照射引发的表面反应的反射高能电子衍射观察”应用物理快报。

Pablo Vaccaro: "Two models for RHEED specular spot intensity recovery in laser-triggered chemical beam epitaxy" the Memoirs of the Faculty of Engineering,Kyoto University. 55. 117-132 (1993)

Pablo Vaccaro：“激光触发化学束外延中 RHEED 镜面光斑强度恢复的两种模型”，京都大学工程学院回忆录。

Pablo Vaccaro: "Model for reflection high-energy electron diffraction intensity recovery during GaP growth in laser-triggered chemical beam epitaxy" Applied Physics Letters. 63. 3601-3603 (1993)

Pablo Vaccaro：“激光触发化学束外延中 GaP 生长过程中反射高能电子衍射强度恢复的模型”《应用物理快报》。