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 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） o T型量子細線アーム井戸 o 490 Cで成長 600 Cでアニール [110] 6nm [110] [001] ステム井戸 14nm 原子レベルで平坦な表面の形成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 flux分布 1 %/mm (0.3 ML/mm) M. Yoshita et al. APL 2002 J.-W. Oh et al. APL 2003 (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 MBE成長表面平坦化プロジェクト研究目的： 1. 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 2. (001)ヘテロ界面の平坦化 3. 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。 (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 1. 島構造の減少 2. 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 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 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 1. 620~630Cにしきい値 2. 高温でサイズの増大アニール温度は620-630C付近が最適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 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 i) ステップ周期＞表面拡散長 ~20 um 200 um/ML 局所的な表面構造には差が見えない。ステップエッジ方位依存性２ (110) sub. 100nm GaAs on (110) edge 10 min. annealing at 650C 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 (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 16 nm ref. h-scale 3 nm (001)QW発光特性の向上 QW成長：基板温度 610C h-scale 20 nm バッファ層の成長条件ラスネスp-p (nm) (括弧内はrms) 1) 700nm GaAs + 50s-GI 10-16nm (1.8nm) 2) 700nm GaAs + 3hrs-GI 1.7nm (0.23nm) ref. native oxide desorption (no growth) 20-23nm (2.4-2.7nm) 極めて細い発光線幅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 Atomic Specie s Ga As [110] [001] [110] As [001] Ga cf. Migration Direction [110] on (001)b2 [110] on Ga (A.Ishii(001)b2 et al. Ga Barrier Energy (eV) 0.57 0.86 0.57 0.67 1.2 1.5 APL 2003) (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