自己組織化機構を利用した半導体立体量子構造の形成と評価

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06402037
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福井 孝志 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 教授 (30240641)
• 研究分担者: 赤澤 正道 北海道大学, 工学部・電気工学科, 助手 (30212400) ; 本久 順一 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263) ; 長谷川 英機 北海道大学, 工学部・電気工学科, 教授 (60001781)
• キーワード: 半導体 / 結晶成長 / 量子ドット

研究概要

本研究は、半導体立体量子構造を作製するに際して、まず第一にGaAs及びAlGaAsの特定の低指数面(ファセット面)間の表面エネルギーの差を利用することが特徴である。原子の付着確率、原料原子の表面拡散距離を、部分的に絶縁膜で覆われたLine & Space構造、正方形、三角形の基板結晶を用いた選択成長により明らかにした。
具体的には、絶縁膜で覆われたGaAs基板を光露光法により2μmサイズのパターンに加工し、有機金属気相成長法でGaAs立体量子構造の成長を行った。その際、パターン形状及び成長条件を変えながら選択成長結晶の形状を高分解能走査型電子顕微鏡、および原子間力顕微鏡で詳細に観察し、隣接するファセット面間の原子の付着量、拡散量を調べることにより、相対的な成長速度の面方位依存性を定性的に明らかにした。
また、この成長速度は結晶成長条件とともに変化し、またピラミッド構造の場合には、成長が進むとともに成長速度が速くなり、更に頂上付近では成長が飽和することを明らかにした。
一方、原子ステップを利用した自己形成量子細線に関しては、ステップのバンチング機構を解明するとともに、多段原子ステップ端にGaAsを蓄積する量子細線構造を作製し、フォトルミネッセンス法により、細線部分からの発光を確認した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kumakura,K.Nakakoshi,T.Fukui and H.Hasegawa: "Dynamics of Metalorganic Vapor Phase Epitaxy Growth for GaAs/AlGaAs Micro-pyramids" Journal of Crystal Growth. 145. 308-313 (1994)
• [文献書誌] S.Hara,J.Ishizaki,J.Motohisa,T.Fukui and H.Hasegawa: "Formation and Photoluminescence Characterization of Quantum Well Wires Using Multiatomic Steps Grown by MOVPE" Journal of Crystal Growth. 145. 692-697 (1994)
• [文献書誌] R.Notzel,T.Fukui,H.Hasegawa,J.Temuyo and T.Tamamura: "Atomic Force Microscopy Study of Strained In GaAs Quarotum Disks Self-organizing on GaAs (n11) B substrates" Appl.Phys.Lett.65. 2854-2856 (1994)
• [文献書誌] J.Motohisa,K.Kumakura,T.Fukui and H.Hasegawa: "Fabrication of GaAs/AlGaAs Quantum Dots by MOCVD on patterned GaAs Substrates" Jpn.J.Appl.Phys.34. 1098-1101 (1995)
• [文献書誌] T.Fukui,J.Ishizaki,S.Hara,J.Motohisa and H.Hasegawa: "Multiatomic Step Formation Mechanism of MOVPE grown GaAs vicinal surfaces and Its application to Quantum Well Wires." Journal of Crystal Growth. 146. 183-187 (1995)