Atomic LayerEpitaxyofⅡ−ⅥCompounds（Ⅱ−Ⅵ族半導体化合物の分子線及び原子層エピタキシャル

氏名・（本籍）

学位の種類 学位記番号 学位授与の日付 学位授与の要件

学位論文題目

論文審査委員

朱     自 工  学  博

工博甲第  48

︶ 国 中

強 士 号

平成2年3月 2 3 日 学位規則第5条第1項該当

電子科学研究科 電子材料科学専攻

Growth ProcessesofMolecuJarBeam EpitaxYand Atomic LayerEpitaxyofⅡ−ⅥCompounds

（Ⅱ−Ⅵ族半導体化合物の分子線及び原子層エピタキシャル 成長過程）

司 二一

征 祥 純

川 田 林

熊 山 小

長授 授 授

委教 教 教

︵

野   賓

論 文 内 容 の 要 旨

本研究は，分子線エピタキシー（MBE）及び原子層エピタキシー（ALE）法によるⅡ一Ⅵ族半導体 結晶の成長過程を明らかにすることを目的としたものである。特に，本研究の中で，最重点を置いた ZnSeに関しては，提案したモデルによって次のいくつかの実験結果を説明できた。（1）成長速度の成 長条件依存性，（2）吸着過程及び蒸発過程におけるRHEED強度変化及び（3）MBE成長中における RHEED強度振動。これらのことによって，MBE及びALE法によるⅡ−Ⅵ族半導体材料の成長過程

は主に表面滞在・吸着・解離・脱離の四つの過程からなっていることを明らかにした。

本論文は予分とし本文6章より構成されている。以下に，各章の要旨並びに本研究によって明らか にされた主要な結果について述べる。

第1章では，Ⅱ−Ⅵ族半導体材料の基礎的性質，及び最近にいたるまでのMBEおよびALE法によ るⅡ−Ⅵ族結晶成長の研究の状況を述べ，Ⅱ−Ⅵ族半導体材料開発のbreakthroughは伝導型の制御で あることを明らかにした。このbreak throughを実現するために，MBEおよびALE法によるII＿Ⅵ 族結晶成長機構の解明の必要性を強調し，本研究における主要な目標を設定した。

第2章では，MBE及びALE法によるⅡ一VI族結晶成長モデルを提案した。このモデルでは，四つ の成長過程を考慮した。即ち，（1）入射分子線のprecursorstateにおける物理吸着，（2）precursorsta−

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te原子の成長層への化学的な吸着，（3）成長層原子のprecursorstateの解離，及び（4）precursorsta−

te原子の脱離。速度方程式はこの四つの成長過程と，表面原子の拡散及び表面ステップ分布を各々 表す二組の微分方程式からなる。これらの方程式を用いて，MBE又はALE成長過程における成長 表面のモルフォロジーをシミュレイションすることや成長膜の成長速度及び表面被覆率を計算するこ

となどができる。反射高速電子束の回折（RHEED）強度の計算については成長膜の表面原子による 散乱のみを考慮し，一次近似として取り扱う。

第3章は，MBE法によるZnSe単結晶膜の成長条件を求め，MBE成長の機構を解明することを目 的とした。本研究では，まず簡易型MBE装置を作製し，ZnSe薄膜の成長速度の分子線強度及び基 板温度に対する依存性を測定した。次いて，モデル計算を行い，実験結果との比較からZnSeのMBE 成長機構を考察した。成長速度は少ない方の分子線によって決まる。基板温度が高い時，ZnとS。の 脱離を考慮する必要がある。Se分子線強度（Jse）が小さい時，Se脱離が成長速度に影響する。脱離 エネルギは0・9eVである。Zn分子線強度（Jzn）が十分小さい時，Zn脱離が成長速度に影響する。

脱離エネルギは1・2eVである。Jse〜Jznの時，ZnとSeの脱離の両方が成長速度に影響する。

ZnSe MBE成長中における表面被覆率の成長条件依存性を計算した。これにより，表面ストキイ オメトリーな成長条件を制御するために基板温度を慎重に選択する必要があることがわかった。更に，

表面被覆率の計算結果をRHEED観察により得られた表面相図と対比して，表面被覆率とRHEEDパ ターンの相互関係を明らかにした。

第4章では，MBE及びALE成長における表面プロセスを明らかにすることを目的とした。実験 的にZnSe蒸発過程及び吸着過程においては，様々な基板温度で，RHEED強度の変化を insitu で 観察した。理論的には，提案したモデルを用い，蒸発過程及び吸着過程における表面被覆率の変化を シミュレイションした。実験結果と計算結果の比較から，蒸発過程及び吸着過程におけるRHEED強 度変化は表面被覆率の変化を反映していることが明らかになった。これにより，RHEED強度変化は 表面被覆率のモニターとして非常に有効であることがわかった。このRHEED強度変化の技術を用 いて，様々な基板温度においてZnSe表面原子の解離時定数，又は，ZnとSe原子の成長表面への吸着 時定数を測定した。更に，ZnとSe原子の解離及び吸着時定数の基板温度依存性を調べ，解離エネル

ギの測定法を提案した。求めたZn及びSe原子の解離エネルギは各々1．0と0．6eVである。

次いて，MBE成長過程において，RHEED強度変化の分子線強度依存性を調べ，強度変化は表面 被覆率変化，即ち，表面ストキイオメトリを対応していることを確認した。RHEED強度変化技術が

Ⅱ−Ⅵ族のMBE成長中において， その場 の表面ストキイオメトリな成長条件の精密制御に有力な 手法となる可能性があることを示した。

第5章では，提案したモデルを用い，Ⅱ−Ⅵ族のMBE成長中のRHEED振動のシミュレイション を行い，RHEED振動の測定技術とその成長制御又は成長プロセスの解明への応用について述べたc RHEED振動の観察にあたって，電子線の入射方位及び入射角度，分子線強度，基板温度，成長速度 依存性について明らかにし，振動の減衰の原因に対して考察がなされ，安定な振動が観察される条件 について検討した。更に，RHEED振動の位相及びレベルを解析し，RHEED振動はMBE成長にとっ

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て非常に重要な情報をもたらすことを示した。

第6章では，第2章から第5章までの研究結果及び問題点を総括して結論を述べた。

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