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MBE 成長 GaAs 表面の平坦化とその AFM 観察

JST-CREST 秋山小川グループ研究会＠大阪大学 (June 29-30, 2006). MBE 成長 GaAs 表面の平坦化とその AFM 観察. 東大物性研秋山研助手 吉田 正裕 Masahiro Yoshita. [110]. [001]. MBE 成長 (110) 表面の平坦化. 成長中断アニール法. （ M. Yoshita et al. JJAP 200 １）. 490 o C で成長. 600 o C でアニール. T 型量子細線. アーム 井戸 6nm. [110]. 原子レベルで 平坦な表面 の形成. ステム井戸 14nm.

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MBE 成長 GaAs 表面の平坦化とその AFM 観察

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Presentation Transcript

  1. JST-CREST秋山小川グループ研究会＠大阪大学 (June 29-30, 2006) MBE成長GaAs表面の平坦化とそのAFM観察 東大物性研秋山研助手 吉田 正裕 Masahiro Yoshita

  2. [110] [001] MBE成長(110)表面の平坦化 成長中断アニール法 （M. Yoshita et al. JJAP 200１） 490oCで成長 600oCでアニール T型量子細線 アーム 井戸 6nm [110] 原子レベルで 平坦な表面 の形成 ステム井戸 14nm

  3. 成長中断アニール表面のGaAs堆積量依存性 アニール 600C, 10 min. GaAs厚(nominal) 6nm (=30 ML) Ga 分子線空間分布方向 Ga flux分布　1 %/mm (0.3 ML/mm) M. Yoshita et al. APL 2002 J.-W. Oh et al. APL 2003

  4. (110)GaAs量子井戸構造の顕微発光像 n = 30 ML 原子平坦 2~3 ML高さ 島構造 1ML深さ ピット構造 M. Yoshita et al. APL 2002 J.-W. Oh et al. JAP 2004

  5. MBE成長表面平坦化プロジェクト 研究目的： • 　へき開再成長(110) ヘテロ界面の平坦化 • i)　成長中断アニール法の確立 • ii)　平坦化メカニズムの解明 • (001)ヘテロ界面の平坦化 • AlAs、InGaAs系での平坦化法 T型量子細線の更なる高品質化 今回、１．に関して、 • 最適なアニール温度を探る。 • 平坦化メカニズムの解明を試みる。

  6. (110)表面のアニール基板温度依存性 T= 591 C 615 C 627 C 649 C 6 nm (110) GaAs CEOgrowth(510C) + 10 min. anneling 結果： アニール温度上昇により平坦化が促進 • 島構造の減少 • ピット構造拡大 しかし、 650C高温アニール 　三角ピット構造形成 　ラフニング 堆積量 偏差 5um x 5um 40um x 40um

  7. GaAsへき開(110)面の高温アニール GaAs へき開(110)面 no MBE growth 10 min. annealing at 649 C 三角形ピット構造の形成 650C高温アニール時の 成長表面からのGa原子desorption

  8. 三角形ピット構造のサイズ分布 2ML深さ @ 649C 5mmx5mm 三角ピット構造形成 • 620~630Cにしきい値 • 高温でサイズの増大 アニール温度は620-630C付近が最適

  9. ステップエッジ近傍での表面構造 6 nm (110) GaAs CEOgrowth(510C) + 10 min. anneling at 650C 50um x 50um ステップエッジ近傍では、形成される表面構造が変化。 • 平坦化過程でのエッジとの相互作用 • 表面原子の拡散距離　~ 20um

  10. ステップエッジ方位依存性 100nm GaAs on (110) edge 10 min. annealing at 650C coverage deviation : 5 ML/mm ＞表面拡散長 i) ステップ周期 200 um/ML ~20 um 局所的な表面構造には差が見えない。

  11. ステップエッジ方位依存性２ 100nm GaAs on (110) edge 10 min. annealing at 650C (110) sub. ii) ステップ周期 ＜表面原子拡散長 結晶方位に依存した特徴のある規則的なステップエッジが形成

  12. まとめ へき開再成長(110)GaAs表面における成長中断アニール表面モフォロジーのアニール温度依存性を観察。 １）　高温アニールにより表面平坦化の促進。島・ピット構造の大きさの減少。 ２）　650C高温アニールでは、多数の2ML深ピット構造の形成。表面ラフニ　　　ング表面からのGa原子のdesorption ３）　アニール温度620-630Cが平坦表面形成においてもっとも有効。 (110)面アニール平坦化過程でのステップエッジ効果 １）　ステップエッジ周期が表面原子の拡散距離より小さい場合、ステップ　　　結晶方向に依存した規則的なステップエッジ形成

  13. 諸々の今後の課題（検討中） 透過吸収測定による量子細線・量子細線レーザーのキャリアダイナミクス解明 ポンププローブ法による吸収・ゲイン形成メカニズム ４光波混合、波長変換 計測・プロセス技術 時間分解透過計測系 ＰＣＦによるcontinuum光を用いた透過測定 ＡＲコーティング 励起子分子の２光子発光（直交配置測定） 量子細線レーザー電流注入メカニズム

  14. (001)界面ラフネスの低減と(001)QW発光特性の向上(001)界面ラフネスの低減と(001)QW発光特性の向上 バッファ層からのラフネス低減 ・・・成長中断(GI)時間を変えて表面ラフネス比較 MBE成長・アニール基板温度：650C 2) 1) h-scale 3 nm h-scale 16 nm ref. (001)QW発光特性の向上 極めて細い発光線幅 QW成長： 　基板温度 610C h-scale 20 nm

  15. 第一原理計算によるGa原子・As原子のmigration barrier energy １ＭＬピットの モデル Ga adatom As adatom GaAs(110)面におけるmigration barrier energy cf. (A.Ishii et al. APL 2003)

  16. (110)GaAs量子井戸のエネルギー分解発光像 2~3ML高さ島構造 1ML深さピット構造 M. Yoshita et al. APL 2002

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