面積選択MOCVDを活用したInGaAsP化合物半導体結晶成長機構の解析とマイクロレーザアレイの作製

InGaAsP化合物半导体晶体生长机制分析及区域选择性MOCVD微激光阵列制作

基本信息

批准号：
04F04149
负责人：
霜垣幸浩
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

化合物半導体のMOCVDプロセスは,通常は拡散律速下で成長するため,表面反応の情報を成長速度から引き出すことができない。しかし,SiO_2などのマスクを用いて部分的に選択成長をさせ,その成長領域の製膜速度分布から表面反応速度定数などを抽出することが可能となる。前年度までにGaAs系の選択成長において,表面反応速度定数の温度依存性,原料濃度依存性,基板面方位依存性,および反応器内の基板設置位置依存性についての検討を行い,GaAs-MOVPE成長における表面反応機構についてかなり詳細なデータを得ることができた。特に原料濃度依存性からはラングミュア型のような非線形な現象があることを初めて確認することができた。その結果を踏まえて,平成17年度は非線形反応速度定数の解析を行った。具体的には,製膜種の吸着平衡定数Kと吸着種の反応速度定数kをシミュレーションによるフィッティングから求めた。実際には2つのパラメータがあるため,異なる5つの原料濃度による製膜速度分布を1組のパラメータで無理なく説明できる値の抽出を行った。また,これらの解析をGaAs(100)面に対して(011)方向に0〜15°の傾斜角を持つ基板に対して行った。その結果,吸着種の表面反応速度定数は,結晶の傾斜角に対して依存せず,ほぼ同じ値であったのに対し,吸着平衡定数は角度の増大に伴い,大きな値を示した。このことは,吸着種の反応性は下地に依存しないが,吸着状態はステップが多い傾斜角の大きな基板ほど吸着種の被覆率が高くなることを示している。これらの結果は,化合物半導体のMOCVDにおける表面反応機構解析としては初めての知見である。このほかに,p型,n型の不純物制御をするために導入するガスの表面反応への影響なども系統的に検討を行い,選択MOCVDを活用したデバイス合成への基礎的知見の取りまとめを行った。

复合半导体的MOCVD过程通常在扩散控制下生长，因此无法从生长速率中提取表面反应信息。但是，可以从生长区域的膜形成速率分布中提取表面反应速率常数等蒙版，并提取表面反应速率常数等。直到上一年，我们研究了表面反应速率常数的温度依赖性，原材料浓度依赖性，底物方向依赖性以及GAAS选择性生长中反应器中的底物安装位置依赖性，并且对GAAS-MOVPE生长中表面反应机制的表面反应机制非常详细地获得数据。特别是，这是第一次证实存在一种非线性现象，例如原料浓度的依赖性的Langmuir类型。基于结果，在2005年分析了非线性反应速率常数。具体而言，膜形成物种的吸附平衡常数k和吸附物种的反应速率常数k通过模拟拟合确定。实际上，有两个参数，因此我们提取值可以轻松地使用一组参数以五个不同的材料浓度来解释膜形成速度分布。此外，这些分析是在（011）方向相对于GAAS（100）平面的（011）方向上的倾斜角度为0-15°的底物上进行的。结果表明，吸附物种的表面反应速率常数不依赖于晶体的斜率角度，并且几乎相同，而吸附的平衡常数则显示出较大的值，角度越高。这表明吸附物种的反应性并不依赖于碱，但是吸附的状态是，倾斜角度越大的倾斜底物越大，倾斜角度的步骤越多，较高的倾斜角度越高。这些结果是分析化合物半导体MOCVD中表面反应机理的第一个发现。此外，还系统地检查了对控制P型和N型杂质引入的气体对表面反应的影响，并编制了使用选择性MOCVD的对设备合成的基础知识。