2018 Fiscal Year Annual Research Report
Bond engineering in quantum dot formation mechanism
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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 | 半導体量子ドット形成 / ヘテロエピタキシャル成長 / ぬれ層表面構造 / ひずみ緩和 / 格子不整合転位 / 成長様式 / 計算科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度はInAs/GaAs系における成長様式の面方位依存性を中心に検討を進め，(001)面における3次元島成長（量子ドット形成），(110)面における2次元転位成長（界面転位形成），ひずみ緩和層導入による3次元島成長（量子ドット形成），(111)A面における2次元転位成長（界面転位形成）への系統的な解釈を試みた。具体的には，転位形成エネルギーEd，表面エネルギーγ，成長様式エネルギーを評価，表面再構成の寄与も考慮して議論を行った。その結果，InAs/GaAs系における量子ドット形成においては，(001)に見られる界面転位形成エネルギーEdが大きいこと，(110)に見られる界面で他のひずみ緩和機構の導入によるγの減少が重要であると考えられる。また(111)Aに見られる2次元成長は，小さなEdに起因すると考えれば実験結果と整合する。さらに，これら成長様式を規定するEdとγは，表面再構成構造とも密接に関連していることも明らかにした。(001)においては表面Asダイマーによる表面でのひずみ緩和の困難さが大きなEdをもたらす一方，(111)AにおいてはIn空孔が表面でのひずみ緩和に自由度を与えた結果，小さなEdをもたらしていると考えることができる。理想表面をもつ(110)は(001)と(111)Aの中間的性格をもつことから，中間のEdをもつ。これらに加えて，(001)ぬれ層表面での量子ドット核形成直前の成長過程についても検討を行い，1.13分子層のInAs供給時にｃ(4x4)表面が(2x4)表面に変化し，その後の1.38分子層における(2x4)表面形成へとつながることを見いだした。これらの新知見を見いだした，ボンドエンジニアリング概念に基づくアプローチは，さまざまな格子不整合系における成長様式を，微視的，巨視的観点から系統的に理解する上で有用であると考えられる。
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