低角入射分子線エピタキシ法による絶縁膜上への半導体単結晶薄膜の横方向成長

低角度入射分子束外延在绝缘膜上横向生长半导体单晶薄膜

基本信息

批准号：
12450006
负责人：
西永頌
金额：
$ 8.51万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究においては、低角入射分子線エピタキシという新しい薄膜成長法を提案し、選択成長と組み合わせることにより非晶質絶縁膜上に無転位半導体薄膜を成長させることを目的としている。我々は、この成長法を低角入射マイクロチャンネルエピタキシ(Low-Angle Incident Microchannel Epitaxy, LAIMCE)と名付けた。この方法の主要なアイデアは、気相成長において二つの結晶面の間を成長原子が表面拡散により移動する現象(面間拡散と呼ぶ)を利用し、縦方向成長を抑制し、横方向成長を増加させることにより絶縁膜上の広い無転位半導体薄膜を成長させるところにある。本年度はLAIMCEの実現のため欠くことのできない非晶質絶縁膜(SiO_2膜を使用)上での選択成長について調べた。分子線結晶成長(MBE)では、選択成長は表面原子の再蒸発によっており、再現性の高い選択成長は困難である。なぜなら、SiO_2上とGaAs成長表面上での再蒸発の差はわずかであり、加えて、GaAs成長層の表面モホロジーが再蒸発により大幅に劣化するからである。μ-RHEED SEM-MBE装置によるその場観察を用い、選択成長の様子を詳細に調べた結果、選択成長の実現にはSiO_2膜からの再蒸発のみならず表面原子の拡散も重要な過程であることが判明した。成長領域への表面原子の拡散・流れ込みにより、成長領域近傍のSiO_2上は選択性が大幅に向上する。この現象をうまく利用すれば、選択性の高い良好な選択成長を実現することが可能となる。一方、横方向成長のメカニズムを解明するためには、より広い成長条件に関して依存性を調べる必要がある。そのためメサ基板の利用を考案した。メサ基板を用いれば、選択成長が難しい条件下でも横方向成長を達成することが可能であり、より広い成長条件に対する横方向成長の挙動を検討することが可能となる。

在这项研究中，我们提出了一种新的薄膜生长方法，称为低角度入射分子束外延，旨在通过将其与选择性生长相结合，在非晶绝缘膜上生长无位错半导体薄膜。我们将这种生长方法命名为低角度入射微通道外延（LAIMCE）。该方法的主要思想是利用气相生长时生长的原子通过表面扩散在两个晶面之间移动的现象（称为面间扩散），抑制垂直生长并促进横向生长，从而增加位错数量。可以在绝缘膜上生长宽幅无位错半导体薄膜。今年，我们研究了非晶绝缘膜（使用SiO_2膜）上的选择性生长，这对于实现LAIMCE至关重要。在分子束晶体生长(MBE)中，通过表面原子的再蒸发来实现选择性生长，并且具有高再现性的选择性生长是困难的。这是因为SiO_2和GaAs生长表面上的再蒸发差异很小，此外，GaAs生长层的表面形貌因再蒸发而显着劣化。利用μ-RHEED SEM-MBE装置进行原位观察，我们详细研究了选择性生长过程，发现不仅SiO_2薄膜的再蒸发，而且表面原子的扩散也是实现选择性生长的重要过程。事实证明。由于表面原子向生长区的扩散和流动，使得生长区附近的SiO_2的选择性大大提高。如果有效地利用该现象，则可以实现高选择性的选择性生长。另一方面，为了阐明横向生长的机制，有必要研究与更广泛的生长条件的依赖性。因此，我们设计了使用台面基板。通过使用台面衬底，即使在选择性生长困难的条件下也可以实现横向生长，并且可以在更广泛的生长条件下研究横向生长的行为。