| 1章 分子線エピタキシー概論 (高橋) 1 |
| 1.1 はじめに 1 |
| 1.2 分子線エピタキシーの歴史的背景 1 |
| 1.3 分子線エピタキシーとは 2 |
| 1.4 分子線エピキシーの特徴 5 |
| 1.5 分子線エピタキシーによる膜形成 8 |
| 1.6 分子線エピタキシーによる電子デバイス 8 |
| 1.6.1 分子線の直進性を利用したデバイス 8 |
| 1.6.2 不純物および組成分布の任意性を利用 13 |
| 1.6.3 多元混晶化合物 13 |
| 1.6.4 周期性多層膜素子 13 |
| 1.7 分子線エピタキシーによる新しい材料設計 14 |
| 1.7.1 混晶による化合物半導体材料設計 14 |
| 1.7.2 超格子構造による新しい材料設計 15 |
| 1.7.3 超格子構造による2,3の例 17 |
| 1.8 複合形分子線エピタキシー MO-MBE 20 |
| 1.9 量子論的結晶成長 分子線エピタキシー 21 |
| 1編 基礎 |
| 2章 分子線エピタキシーの素過程 (河津) 25 |
| 2.1 はじめに 25 |
| 2.2 薄膜形成の素過程 25 |
| 2.2.1 熱適応係数 25 |
| 2.2.2 平均滞在時間 27 |
| 2.2.3 脱離エネルギー 29 |
| 2.2.4 拡散係数および平均拡散距離 30 |
| 2.2.5 付着係数 30 |
| 2.2.6 反応次数 31 |
| 2.3 薄膜の形成過程 32 |
| 2.3.1 核生成と薄膜の成長 32 |
| 2.3.2 化合物半導体薄膜の成長 37 |
| 2.3.3 金属2次元薄膜の形成過程 50 |
| 2.4 おわりに 52 |
| 3章 分子線エピタキシー装置 (小宮) 57 |
| 3.1 はじめに 57 |
| 3.2 分子線エピタキシー教置の歴史的経過 57 |
| 3.2.1 分子線エピタキシー装置の流れ 57 |
| 3.2.2 現行の分子線エピタキシー装置の比較と問題点 59 |
| 3.3 分子線エピタキシー装置の設計思想 62 |
| 3.4 分子線エピタキシー装置の構成 64 |
| 3.4.1 装置全体の構造 64 |
| 3.4.2 成長室 65 |
| 3.4.3 分子線蒸発源 67 |
| 3.4.4 成長室マニピュレータ 71 |
| 3.4.5 基板加熱 72 |
| 3.4.6 基板の導入と搬送 73 |
| 3.4.7 排気系の選定 74 |
| 3.5 分子線エピタキシー装置で派生する諸問題 77 |
| 3.5.1 膜厚分布 77 |
| 3.5.2 モニタリングと組成分析 78 |
| 3.5.3 メカニカルマスクに関する問題 82 |
| 3.5.4 自動化への対応 83 |
| 3.6 分子線エピタキシー装置の付属機器 86 |
| 3.6.1 表面清浄化用イオン銃 86 |
| 3.6.2 高純度ガス導入 87 |
| 3.6.3 化成蒸気の導入 88 |
| 3.6.4 低速イオンビーム源 88 |
| 3.7 分子線エピタキシー装置のクリーニング 91 |
| 3.7.1 蒸着膜の剥離と真空中のダストの発生 91 |
| 3.7.2 分子線源の交換 92 |
| 3.7.3 成長室・分子線源室の部品の洗浄 92 |
| 3.8 おわりに 92 |
| 4章 薄膜評価技術 (権田) 97 |
| 4.1 はじめに 97 |
| 4.2 光学的方法 99 |
| 4.2.1 目視 99 |
| 4.2.2 偏光解析(エリプソメトリ) 100 |
| 4.2.3 反射,吸収 101 |
| 4.2.4 光伝導 103 |
| 4.2.5 フォトルミネセンス 103 |
| 4.2.6 ラマン散乱 104 |
| 4.2.7 光音響分光法 104 |
| 4.2.8 X線 105 |
| 4.3 電気的方法 107 |
| 4.3.1 電気抵抗とホール効果 107 |
| 4.3.2 容量法 108 |
| 4.4 電子回折と電子分光法 111 |
| 4.4.1 電子回折 111 |
| 4.4.2 電子顕微鏡 114 |
| 4.4.3 X線ブローブマイクロアナリシス 115 |
| 4.4.4 オージェ電子分光 115 |
| 4.4.5 電子エネルギー損失分光 116 |
| 4.4.6 光電子分光(SIMS) 117 |
| 4.5 イオン線法 118 |
| 4.5.1 2次イオン分光 118 |
| 4.5.2 イオン後方散乱 119 |
| 4.5.3 イオン散乱 120 |
| 4.6 その他の方法 120 |
| 4.6.1 触針法 120 |
| 4.6.2 走査トンネル顕微鏡 120 |
| 4.6.3 放射化分析 121 |
| 2編 膜形成技術 |
| 5章 Siの分子線エピタキシー (坂本) 127 |
| 5.1 はじめに 127 |
| 5.2 Si MBE装置 128 |
| 5.3 成長雰囲気の影響 131 |
| 5.3.1 残留ガス 131 |
| 5.3.2 Cの影響 131 |
| 5.3.3 残留ガスと成長速度 132 |
| 5.4 Si基板の清浄化 132 |
| 5.4.1 高温フラッシュ 133 |
| 5.4.2 Gaビーム照射(Galliation)法 135 |
| 5.4.3 イオンビームスパッタ法 136 |
| 5.4.4 レーザ照射法 136 |
| 5.4.5 新低温熱処理法 137 |
| 5.5 Siのホモエピタキシャル成長 137 |
| 5.6 不純物ドーピング 139 |
| 5.6.1 蒸発ドーピング 139 |
| 5.6.2 イオン化ドーピンク 140 |
| 5.6.3 不純物の偏析 143 |
| 5.7 ヘテロエピタキシャル成長 143 |
| 5.7.1 SOS(Silicon on Sapphire) 144 |
| 5.7.2 シリサイド 144 |
| 5.7.3 多結晶Si 145 |
| 5.7.4 GaP 145 |
| 5.7.5 絶縁物 145 |
| 5.8 Si MBEの将来展望 146 |
| 5.9 おわりに 147 |
| 6章 III-V族半導体の分子線エピタキシー (三島) 151 |
| 6.1 はじめに 151 |
| 6.2 III-V族半導体の結晶成長機構 151 |
| 6.2.1 結晶成長機構 152 |
| 6.2.2 最近のIII-V族半導体のMBE成長 155 |
| 6.3 不純物のドーピング 158 |
| 6.3.1 p型ドーパント 158 |
| 6.3.2 n型ドーパント 162 |
| 6.4 おわりに 165 |
| 7章 II-IV族半導体の分子線エピタキシー (八百) 171 |
| 7.1 はじめに 171 |
| 7.2 分子線エピタキシャル成長 172 |
| 7.2.1 II-IV族化合物と構成元素の平衡蒸気圧 172 |
| 7.2.2 MBE装置 172 |
| 7.2.3 基板 173 |
| 7.2.4 分子線源 174 |
| 7.2.5 成長速度 174 |
| 7.2.6 混晶の組成比 177 |
| 7.2.7 成長条件と電子線回折および表面観察 178 |
| 7.3 エピタキシャル膜の評価 180 |
| 7.3.1 ZnSe 180 |
| 7.3.2 ZnTe 184 |
| 7.3.3 ZnS 186 |
| 7.3.4 CdTe 187 |
| 7.3.5 CdHgTe 187 |
| 7.4 デバイス作成への応用 188 |
| 7.4.1 選択MBE 188 |
| 7.4.2 dC ELセル 189 |
| 7.5 おわりに 190 |
| 3編 デバイスへの応用 |
| 8章 超高速デバイス (冷水) 197 |
| 8.1 はじめに 197 |
| 8.2 GaAs-AlGaAsヘテロ構造デバイス 198 |
| 8.2.1 選択ドープGaAs-AlGaAsへテロ構造の高移動度効果 198 |
| 8.2.2 高電子移動度トランジスタ(HEMT) 201 |
| 8.2.3 その他のデバイス 206 |
| 8.3 GaInAs-AlInAsへテロ構造デバイス 208 |
| 8.3.1 ダブルへテロGa0.47In0.53 As MES FET 208 |
| 8.3.2 選択ドープGa0.47In0.53As/N-Al0.48In0.52Asへテロ構造FET 210 |
| 8.4 おわりに 211 |
| 9章 ヘテロ超薄膜における量子効果とデバイス応用 (榊) 217 |
| 9.1 量子効果デバイスとは何か 217 |
| 9.2 ヘテロ構造によるポテンシャルの制御 218 |
| 9.3 電子の分散関係の異方化および共鳴トンネル効果とその応用 219 |
| 9.4 電子の散乱過程の抑制と高移動度効果 超高速FETへの応用を中心として 221 |
| 9.5 実空間におけるキャリアの移動を利用した物性制御とデバイス応用 224 |
| 9.5.1 実空間遷移デバイスおよび速度変調トランジスタ 224 |
| 9.5.2 横型超格子APD 225 |
| 9.5.3 縦型超格子APD 226 |
| 9.6 ホール電圧の量子化と標準抵抗 227 |
| 9.7 禁制帯域の制御と量子井戸レーザ 基礎吸収端の短波長化 228 |
| 9.8 nipi超格子およびInAs-GaSb超格子における基礎吸収端の長波長化 229 |
| 9.9 エキシトン効果と光双安定性 230 |
| 9.10 サブバンド間遷移を用いたデバイス 231 |
| 9.11 おわりに 231 |
| 10章 オプトエレクトロニクデバイス (岡本) 237 |
| 10.1 GaAsのMBE成長のメカニズムと膜質 237 |
| 10.2 MBE膜の光学的品質 239 |
| 10.2.1 GaAs MBE膜の光学的品質 239 |
| 10.2.2 AlxGa1-xAs MBE膜の光学的品質 243 |
| 10.2.3 InP MBE膜の光学的品質 245 |
| 10.2.4 InxGa1-xAs MBE膜の光学的品質 247 |
| 10.3 MBE技術を用いた半導体光デバイス 249 |
| 10.3.1 初期のレーザダイオードとその特性 249 |
| 10.3.2 改良されたGaAs-Al0.3Ga0.7As DHレーザ 250 |
| 10.3.3 高性能レーザダイオードの実現 254 |
| 10.3.4 長波長帯レーザダイオード 257 |
| 10.3.5 光検出器 258 |
| 10.4 半導体超格子構造 光物性と多重量子井戸レーザ 260 |
| 10.4.1 半導体超格子構造とは 260 |
| 10.4.2 超格子層厚の非破壊測定法 261 |
| 10.4.3 MBE技術による単原子層制御 262 |
| 10.4.4 超格子構造の光物性 262 |
| 10.4.5 多重量子井戸型レーザダイオードの発振特性 265 |
| 10.5 MO-CVD技術との比較 269 |
| 11章 超構造デバイス 新超高速デバイス (白木) 275 |
| 11.1 はじめに 275 |
| 11.2 超高速デバイスの分類 276 |
| 11.2.1 横型 電界効果トランジスタ 277 |
| 11.2.2 縦型 ヘテロ接合トランジスタ 277 |
| 11.2.3 新縦型デバイス 282 |
| 4編 関連技術 |
| 12章 イオン注入 (古川) 293 |
| 12.1 はじめに 293 |
| 12.2 イオン注入装置 294 |
| 12.2.1 装置の概略 294 |
| 12.2.2 イオン源 295 |
| 12.3 注入イオンに関する理論の概略 296 |
| 12.3.1 全飛程Rとエネルギー損失機構 296 |
| 12.3.2 射影飛程Rpとその他の高次モーメント 297 |
| 12.3.3 理論注入イオン分布 298 |
| 12.3.4 2層構造基板中の注入イオン分布 301 |
| 12.3.5 数値計算結果 301 |
| 12.4 注入イオン分布の実際 302 |
| 12.5 イオン注入されたシリコン基板の熱処理特性 304 |
| 12.5.1 注入量と欠陥分布 304 |
| 12.5.2 熱処理温度と電気的特性との関係(一般的傾向) 305 |
| 12.5.3 電気的活性化率の基板面方位依存性(As+→Siの場合) 305 |
| 12.5.4 電気的活性化率のドーズ依存性(P+,B+→Siの場合) 307 |
| 12.5.5 短時間熱処理法 308 |
| 12.6 化合物半導体へのイオン注入 310 |
| 12.6.1 化合物半導体へのイオン注入の問題点 310 |
| 12.6.2 ストイキオメトリのずれに対する対策 311 |
| 12.7 おわりに 312 |
| 13章 MO-CVD技術 (関) 315 |
| 13.1 はじめに 315 |
| 13.2 MO-CVDの原理と特徴 316 |
| 13.2.1 結晶成長の原理 316 |
| 13.2.2 結晶成長装置 316 |
| 13.2.3 結晶成長機構 319 |
| 13.3 成長結晶の諸特性 327 |
| 13.3.1 絶縁物基板上の結晶特性 327 |
| 13.3.2 結晶成長条件と電気特性 329 |
| 13.4 デバイスへの応用 333 |
| 13.4.1 MO-CVD技術の特徴 333 |
| 13.4.2 デバイスへの応用 335 |
| 13.5 おわりに 337 |
| 14章 レーザアニーリング (徳山) 343 |
| 14.1 レーザアニール技術 343 |
| 14.2 レーザアニールの機構 344 |
| 14.2.1 レーザ光の吸収と熱への変換 344 |
| 14.2.2 加熱のモデル 345 |
| 14.3 アニール装置 348 |
| 14.4 レーザアニールの特徴 350 |
| 14.4.1 イオン打込み層のアニール 350 |
| 14.4.2 レーザアニールの伴う特異な現象 353 |
| 14.5 非晶質基板上でのSi結晶成長 356 |
| 14.5.1 溶融法による結晶成長 356 |
| 14.5.2 固相法による成長 361 |
| 14.6 レーザアニーリングのデバイス応用 362 |
| 14.6.1 SOI構造の応用 364 |
| 14.6.2 キャリア分布形の制御 364 |
| 14.6.3 その他 366 |
| 15章 電子ビームリソグラフィ (加藤,難波) 371 |
| 15.1 はじめに 371 |
| 15.2 電子ビーム露光装置 371 |
| 15.2.1 電子ビーム露光技術の発展 371 |
| 15.2.2 電子ビーム露光装置 374 |
| 15.3 電子線レジスト 377 |
| 15.4 電子ビームによるマスク製作 378 |
| 15.4.1 パターン寸法精度 379 |
| 15.4.2 位置精度 379 |
| 15.4.3 欠陥密度 380 |
| 15.4.4 多品種マスタマスクとレクチルの製作 380 |
| 15.5 電子ビーム直接露光 380 |
| 15.6 近接効果 382 |
| 15.7 nmリソグラフィ 383 |
| 15.8 おわりに 383 |
| 16章 X線リソグラフィ (有留,難波) 387 |
| 16.1 はじめに 387 |
| 16.2 X線リソグラフィ 387 |
| 16.3 特性X線によるX線露光 390 |
| 16.4 放射光リソグラフィ 391 |
| 16.4.1 特徴 391 |
| 16.4.2 電子シンクロトロン軌道放射によるX線 391 |
| 16.4.3 放射線リソグラフィ実験の現状 392 |
| 16.4.4 今後の動向 394 |
| 16.5 おわりに 395 |
| 付 分子線エピタキシーの歴史 (岡本) 399 |
| 1 新結晶・新構造・新物性の探究の歴史 400 |
| 2 従来デバイスへの適用と特性改善に関する研究の経過 401 |
| 3 デバイス製作プロセスとしてのMBE技術の開発の歴史 403 |
| 4 MBE装置の開発の歴史 404 |
| 5 第2次MBEフィーバ 405 |
| 索引 409 |
