2021 Fiscal Year Annual Research Report
Bond engineering for quantum dot formation in nitride semiconductors
| Project/Area Number |
19K05268
|
|---|
| Research Institution | Mie University |
|---|
Principal Investigator |
伊藤 智徳 三重大学, 工学研究科, 招へい教授 (80314136)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 量子ドット形成機構 / 窒化物半導体 / 計算機シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は本研究課題においてこれまでに得た知見をマクロ理論に取り込むことで、量子ドット形成機構ならびに量子ドット創成指針を明らかにすることを目標に検討を行った。具体的には表面エネルギーγ、転位エネルギー Ed、転位形成によるエネルギー緩和度αに注目、量子ドット形成の（１）面方位依存性（InAs/GaAs系）、（２）格子不整合度依存性（InGaN/GaN系）、（３）成長雰囲気依存性（GaN/AlN系）の支配因子を抽出し、（４）ヘテロエピタキシャル成長における量子ドット形成に向けた処方箋を提示した。
（１）面方位依存性：転位エネルギーEdが、量子ドットが形成される(001)方位において最大、形成されない(111)A方位で最小、界面緩和層導入で形成される(110)方位で中間値を示す系統性を見いだした。この系統性は表面再構成と密接に関連しており、表面でのひずみ緩和が小さい(001)方位が最大のEdをもたらす。以上からEdが面方位依存性の支配因子と考えられる。
（２）格子不整合度依存性：転位形成によるエネルギー緩和度αが、格子不整合度の増加に伴い増加し、量子ドット形成を容易にする傾向を明らかにした。したがってαが格子不整合度依存性の支配因子と考えられる。
（３）成長雰囲気依存性：量子ドット島上面の表面エネルギーγが、V族過剰雰囲気で増加、III族過剰雰囲気で著しく減少、その結果としてそれらの比が小さくなることが量子ドット形成の可否に寄与することを明らかにした。したがってγが成長雰囲気依存性の支配因子と考えられる。
（４）量子ドット形成の処方箋：量子ドット形成のためには、従来知られている（αの増加をもたらす）格子不整合度の大きい系の採用に加えて、表面でのひずみ緩和が抑制される表面再構成構造を出現させる（Edの増加をもたらす）成長条件の選択が重要である。
|
