分子線エピタキシー技術を用いた半導体量子構造の新規作製法

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650001
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 真下 正夫 弘前大学, 理工学部, 教授 (30292139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 正洋 筑波大学, 物理工学系, 講師 (80282333) ; 小豆畑 敬 弘前大学, 理工学部, 助手 (20277867) ; 鈴木 裕史 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50236022)
• Keywords: 分子線エピタキシー / 量子構造 / 半導体 / 光・電子半導体デバイス / エピタキシャル成長機構 / 昇華

Research Abstract

GaAs層の上にGaAsドットを形成し、特定範囲のAs_4フラックスを照射すると平滑表面を維持しながら昇華し、しかもGaAsドットに覆われた部分はその形状を保ったまま残り、柱状結晶が得られることが研究代表者によって見出された。その後、AlGaAs/GaAs超格子の上にGaAsドットを形成して昇華実験を行ったところ同様の結果が得られた。この現象の機構を検討するため、研究を再び開始したが、AlGaAs系では昇華温度が高く、現装置では対応できないことが判明し、比較的低温で昇華実験ができるInGaAs系で基礎的な検討を始めた。
基板温度を540℃〜680℃、III族フラックスのIn形成を0.1〜0.3の下で、GaAs基板上にMBEによるInGaAsを成長する際のInの再蒸発について研究を行った。比較のため、格子整合系であるInP基板上のInGaAsについても実験を行った。GaAsおよびInGaAsの成長速度はRHEED鏡面反射点の強度振動から求めた。我々が提案したInGaAs成長の表面過程モデルによれば、In再蒸発の活性化エネルギーに対する表面のInとGaとの置換による表面偏析効果の影響は無視できる程度に小さいことが分かった。再蒸発の活性化エネルギーはInGaAs/GaAsの歪みとともに減少し、InのInGaAsへの取り込まれ率も歪みが大きくなると減少する。格子整合系であるInGaAs/InPのInの取り込まれ率は歪系のInGaAs/GaAsよりも大きい。InGaAs内の圧縮応力は引っ張り応力よりもInの取り込まれ率を減少させる効果への影響は大きいことが分かった。