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。

这项研究旨在使用申请人发现的激光诱导的原子层外延生长法实现单铝生长，并最终获得最初在原子层中预期的高质量半导体晶体（真正的半导体晶体）。在有机金属分子束生长方法中获得了以下结果：使用三乙基甲基（TEGA）和磷酸作为原材料，通过在400°C或更低的低温下用氮激光照射来实现GAP，在很少有热量生长的情况下。在激光照射之前，TEGA饱和并吸附到底物上，并且间隙生长表面上反射的高速电子衍射（RHEED）图像的亮度是恒定的。当用激光照射时，亮度会迅速下降。此后，亮度逐渐增加并恢复到激光照射之前的亮度。激光照射后亮度的恢复时间随着磷酸流速的增加而变短，但不取决于TEGA流量。 TEGA通过激光辐照吸附到底物上，立即分解，导致亮度降低，而GA与P反应，恢复了亮度。这表明，即使原材料是通过激光照射在生长中同时提供的，TEGA的分解反应和GA和P的反应也可以交替进行。对上述反应过程进行了定量处理，并半量化解释了Rheed的亮度变化。实际上，当使用激光诱导的原子层外延生长增加间隙时，每个循环最大每周循环的最大原子层以1个原子层达到1个原子层的生长速率。这被认为是因为尚未与P反应的Tega分解物种保留在底物上，从而抑制了TEGA的吸附。通过二级离子质谱法测量了在没有激光的传统热反应中生长的间隙的混合杂质，并还阐明了电性能。将来，我们计划通过激光诱导的原子层外延生长来阐明与间隙和电性能混合的杂质量。

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》。