断面STM法を用いた半導体ヘテロ構造界面の直接観察

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ダプルキャップ成長法によるInAs/InP量子ドットのヘテロ界面の急峻性を調べる目的で、試料を作製し、その断面構造をSTM観察した。InAs量子ドットの断面形状が台形であることおよびその上部の組成変化が急峻であることが分かった。また、量子ドットの高さが原子層単位で離散化していることが初めて明らかになった。このことは、フォトルミネセンススペクトルが複数のピークの重ね合わせで構成され、それぞれのピークが高さの異なる量子ドットからの発光に対応することからも確認できた。これらの結果は、ダブルキャップ法が量子ドットの高さ方向のサイズ制御にきわめて有効であることを示している。量子ドットの側部の原子部分布に注目したところ、InAsP混晶領域を形成していることが分かった。最初のInPキャップ層を成長させた際に格子歪みを緩和するようにInAsとInPが混晶を形成しドットの高さが減少していくメカニズムが考えられる。また、III-V族化合物半導体のヘテロ界面の急峻性を原子スケールで調べる目的で、InGaAs/InP量子井戸構造の断面STM観察を行った。InGaAs層とInP層の厚さをそれぞれ1〜31MLに変化させた試料を作製し、その断面構造を観察した。その結果、層の厚さが1〜5MLの場合、InGaAs層は連続膜を形成するがInP層は不連続な膜となりアイランド構造を形成することが分かった。InGaAs層上に成長させたInP超薄膜がアイランド構造となることはこれまでに知られていない。InGaAs/InP量子井戸構造を共鳴トンネルダイオードなどの電子デバイスに応用する場合、連続したInP超薄膜を作製する必要があるため、InPアイランドの形成メカニズムをヘテロ界面の急峻性と併せて解明することが重要であると考えられる。