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

1995 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: 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, 教授 (60001781)
• キーワード: 半導体 / 結晶成長 / 量子ドット / GaAs

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を特徴としている。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正方形のマスク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基板を電子ビーム露光法により0.2μm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。頂上形状の結晶成長条件依存性を明らかにした。
この平坦な頂上部に成長条件を変えることにより、AlGaAs/GaAs量子井戸を形成し、頂上部にGaAs量子ドットを作製した。ドットの密度は、2x10^9cm^<-2>である。量子ドットからの発光をカソードルミネッセンス法を用いて確認した。

研究成果

• [文献書誌] 福井孝志: "結晶成長の自己組織化" 表面科学. 16. 1- (1995)
• [文献書誌] T.Fukui,K.Kumakura,K.Nakakoshi,and J.Motohisa: "Pyramidal quantum clot structures by self-limited selective area metolorganic vapor phase epitaxy" Solid State Electronics. (発表予定). (1996)
• [文献書誌] R.Notzel,J.Temnyo.A.Kozen,T.Tomomua,T.Fukui and H.Hasegawa: "self-organization of Strained GaInAs microstructures on FnP (311) sftbstrates grown by Metal organic vapor phase epitaxy." Applied Physics Letters. 66. 2525-2527 (1995)
• [文献書誌] K.Kumakura,K.Nakakoshi,J.Motohisa,T.Fukui and H.Hasegawa: "Novel formation method of quantam dot structures by self-limited selective area motalorganic vapor phase epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys. 34. 4387-4389 (1995)
• [文献書誌] S.Hara,J.Motohisa,T.Fukui and H.Hasegawa: "Qnantion Well wire fabrication method using self-organized multi atomic steps on GaAs (001) vicinal surface by MOVPE" Jpn.J.Appl.Phys. 34. 4401-4404 (1995)
• [文献書誌] J.Motohisa,K.Kumakura,M.Kishida,T.Yamazaki,T.Fukui,H.Hasegawa and K.Wada: "Febrication of GaAsl AlGaAs Quantum Dots by MOVPE on patterd GaAs Substrates" Jpn.J.Appl.Phys. 34. 1098-1101 (1995)
• [文献書誌] 福井孝志: "結晶成長ハンドブック(分担執筆)" 共立出版, 3 (1995)
• [文献書誌] T.Fukui: "III,V Quantum System Research(分担執筆)" The Institation of Electrial Enginieers, 27 (1995)