2016 Fiscal Year Research-status Report
ボンドエンジニアリングによる量子ドット形成機構解明
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16K04962
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
伊藤 智徳 三重大学, 工学研究科, 教授 (80314136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体ヘテロエピタキシャル成長 / ひずみ緩和 / 格子不整合転位 / ぬれ層 / 量子ドット / 成長機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は，GaAs基板上に形成されたInAs(001)ぬれ層表面の局所ひずみ緩和に関する検討を行った。具体的には，原子間ポテンシャルを用いた大規模エネルギー計算により，ひずみ緩和機構としてInAs/GaAs界面に各種格子不整合転位芯構造を導入，格子拘束された系とのエネルギーを比較することで，安定転位芯構造の決定を行うとともに，マクロ成長理論を併用して成長様式との関連を議論した。その結果，転位芯構造としては5－7員環が安定であること，その5－7員環転位芯を含む系が1.5分子層で安定となることを明らかにした。これはInAs/GaAs(110)系の2.5分子層，InAs/GaAs(111)A系の7.5分子層に比べて，著しく小さな値であり，InAs/GaAs(001)系においては成長初期段階でひずみが緩和されることを示唆する結果である。またマクロ成長理論から，最初の転位形成は0.5分子層と予測され，InAs(001)ぬれ層表面でのIn吸着が停止する0.9分子層以前に，ひずみ緩和が生じIn吸着が継続，成長が進行する可能性を明らかにした。ただ，この0.5分子層という値は，転位芯が完全に形成される以前の膜厚であることから，今回検討した界面よりも，むしろ表面でのひずみ緩和機構の考慮が必要であると考えられる。この観点からInAs/GaAs(111)A系を対象に同様の手法を用いて，表面での積層欠陥四面体形成とひずみ緩和について検討したところ，界面での転位形成前に表面で積層欠陥四面体が形成されること，この積層欠陥四面体が島形成以前に形成されることから，InAs(001表面と異なり，2次元成長が進行することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来InAs/GaAs(001)成長においては，ひずみ緩和することなしに成長が進行し，量子ドット島が形成されると考えられてきた。これに対し，我々はInAs0.9分子層でIn吸着が停止し，それ以上成長が進行しないという従来の常識と異なる結果を見いだした。本研究では，ひずみ緩和機構として格子不整合転位を取り上げ，InAs/GaAs(001)系におけるひずみ緩和と成長様式との関連を検討したところ，0.5分子層の段階でひずみ緩和が生じる可能性があることを新たに明らかにした。この結果は，0.9分子層での成長停止以前にひずみ緩和されるこでとInAs成長が進行すること，すなわちひずみ緩和を経て量子ドット島が形成されることを示唆している。これは新知見であると同時に，平成29年度に検討予定である表面でのひずみ緩和機構の検討の基盤となるものであり，本研究の順調な進展を示すものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究において見いだした，ひずみ緩和膜厚0.5分子層は，転位芯が完全に形成される以前の膜厚であることから，界面というよりもむしろ表面でのひずみ緩和に対応しており，新たに表面でのひずみ緩和機構の観点から詳細に検討する必要がある。平成29年度は0.5分子層から0.9分子層の間の中間成長過程での表面ひずみ緩和過程を，表面再構成構造の変化に注目して研究を進め，量子ドット島形成に至る前段階の成長過程を系統的に検討する。
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| Causes of Carryover |
成果発表での外国出張（2017年1月）を予定していたが，事情により出張できなくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2017年度成果発表のための，第44回化合物半導体国際会議（ベルリン：2017年5月14日－18日）を始めとする外国旅費に充てる。
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Research Products
(17 results)
