InPーGaAsヘテロ系エピタキシャル成長の初期過程制御と高品質化に関する研究

本研究の目的は、成長初期過程を制御することにより、GaAs上に高品質InPヘテロエピタキシャル薄膜を得ることにある。この為には、成長の極く初期、格子不整合ヘテロ成長系に見られる島状成長をおさえ、二次元成長モ-ド(層状成長)を実現することが不可欠となる。実験手法としては有機金属気相成長(MOVPE)法、及び分子線エピタキシ-(MBE)法を用いた。TMIとPH3を用いた常圧MOVPE法により、InP/GaAs直接成長を行った結果、成長初期には島状成長が生じており、個々の島が成長方向のゆらぎを持つため島の合体により成長層がモザイク構造を持つことが明かとなった。一方、低温でInPバッファ層をつけ、その後基板温度を高温に上げ成長する2段階成長法を用いることにより、結晶性・モフォロジ-の改善が認められた。しかしX線回折半値幅が約400秒と広く結晶性は必ずしも良くない。この原因を探るため、低温で成長したバッファ層を成長温度まで上げたところ、平坦な表面が島状に変化してしまうことが明かとなった。そこで界面エネルギ-を制御するため、InAsを第一バッファとし、その上にInPバッファを成長させたところ、基板温度を成長温度まで上げても島状にならず終始平坦な膜が得られた。この上にInPを成長させた結果、PLの半値幅は若干狭くなったもののX線回折特性には大幅な改善がみ見られなかった。そこで原子層オ-ダで成長制御可能なMBE法を用いてGaAs上のInP成長を試みた。2段階成長法の極限と考えられるアモルファスInPを堆積し固相エピ成長を行なったところRHEEDのストリ-クパタ-ンが観察され、平坦な初期成長層が得られた。今後、InAs系を含めたバッファ層を原子層オ-ダで制御し、結晶性評価も含めて検討する予定である。

本研究の目的は、成長初期過程を制御することにより、GaAs上に高品質InPヘテロエピタキシャル薄膜を得ることにある。この為には、成長の極く初期、格子不整合ヘテロ成長系に見られる島状成長をおさえ、二次元成長モ-ド(層状成長)を実現することが不可欠となる。実験手法としては有機金属気相成長(MOVPE)法、及び分子線エピタキシ-(MBE)法を用いた。TMIとPH3を用いた常圧MOVPE法により、InP/GaAs直接成長を行った結果、成長初期には島状成長が生じており、個々の島が成長方向のゆらぎを持つため島の合体により成長層がモザイク構造を持つことが明かとなった。一方、低温でInPバッファ層をつけ、その後基板温度を高温に上げ成長する2段階成長法を用いることにより、結晶性・モフォロジ-の改善が認められた。しかしX線回折半値幅が約400秒と広く結晶性は必ずしも良くない。この原因を探るため、低温で成長したバッファ層を成長温度まで上げたところ、平坦な表面が島状に変化してしまうことが明かとなった。そこで界面エネルギ-を制御するため、InAsを第一バッファとし、その上にInPバッファを成長させたところ、基板温度を成長温度まで上げても島状にならず終始平坦な膜が得られた。この上にInPを成長させた結果、PLの半値幅は若干狭くなったもののX線回折特性には大幅な改善がみ見られなかった。そこで原子層オ-ダで成長制御可能なMBE法を用いてGaAs上のInP成長を試みた。2段階成長法の極限と考えられるアモルファスInPを堆積し固相エピ成長を行なったところRHEEDのストリ-クパタ-ンが観察され、平坦な初期成長層が得られた。今後、InAs系を含めたバッファ層を原子層オ-ダで制御し、結晶性評価も含めて検討する予定である。