超平坦ガリウム砒素MBEへき開再成長アニール表面の制御と理想2次元励起子系の顕微分光計測

超平坦砷化镓MBE解理-再生长退火表面的控制和理想二维激子系统的显微光谱测量

• 批准号: 02F02307
• 负责人: 秋山 英文
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F02307/
• 关键词: へき開再成長法; 成長中断アニール; T型量子細線; 特徴的な島とpits; マイクロPL測定; キャリアーの流れ込み; 励起子拡張; 発光スペクトル

へき開再成長法、すなわち、GaAs(100)基板を真空中でへき開して露出した(110)面上にGaAsを分子線エピタキシーにより再成長する方法を用いて、超平坦界面を持つ理想的な2次元薄膜を作製・評価し、高品質のT型量子細線や細線レーザーを代表例とする様々なナノ構造の作製に応用した。(110)断面上のMBE成長は、約490度という低い成長温度や高い砒素圧が要求され、そのままでは薄膜の表面モフォロジーが悪く、それがかつてのT型量子細線の品質を制限していた。本研究では、その凸凹の多い(110)表面が、600度以上の温度で10分間程度の成長中断アニールを施すと著しく平坦化されることを詳しく調べた。外国人特別研究員の呉(オウ)博士には、へき開再成長GaAs(110)薄膜のGaAs積層量を整数原子層から連続的にずらしていったときの、成長中断後の表面モフォロジーの原子間力顕微鏡(AFM)計測、それをAlGaAsバリアでカバーして得られる量子井戸構造のPLイメージ測定を、推進していただいた。従来は、高々数ミクロン角程度の領域の測定しか出来なかったが、今回、約3ミリメートルにわたる広い領域に対して測定を行うことができ、表面平坦化のドライビングフォース、原子ステップパターンの形成モデル、ヘテロ界面の凹凸が無くなった量子井戸構造のPL線幅の原因、などに関する重要な知見が得られた。本実験結果をもとに、GaAs(110)表面上でのGa原子とAs原子の表面ポテンシャルの第一原理計算の共同研究を展開することができ、(110)表面上では(001)表面に比べてポテンシャルバリアが低くて原子拡散が容易になっていることや、Gaの運動が面内で異方的になっていることなどが解り、上記の実験結果や原子ステップパターン形成モデルを支持する結果が得られた。

采用解理-再生长方法，在真空中解理GaAs（100）衬底，并通过分子束外延在暴露的（110）面上再生长GaAs，开发出具有超平坦界面的理想两层结构。我们制造并评估了三维薄膜，并将其应用于各种纳米结构的制造，包括高质量的 T 型量子线和细线激光器。 (110)截面上的MBE生长需要约490摄氏度的低生长温度和高砷压力，这导致薄膜的表面形貌较差，这限制了之前T型量子线的质量。在这项研究中，我们详细研究了不平坦的 (110) 表面可以通过在 600 摄氏度以上的温度下进行约 10 分钟的生长中断退火来显着平坦化。国外研究员Ou博士研究了当劈裂和再生的GaAs(110)薄膜的GaAs堆积量从整数原子层连续移动时，生长中断后表面形貌的原子力。感谢您的推动。对覆盖 AlGaAs 势垒的量子阱结构进行显微 (AFM) 测量和 PL 图像测量。以前只能测量几微米见方的区域，而这次，可以测量约3毫米的宽广区域，关于PL线宽的成因获得了重要发现。异质界面处无凹凸的量子阱结构。基于该实验的结果，我们能够开展GaAs（110）表面上Ga和As原子表面电势的第一性原理计算的联合研究，并进行比较。发现势垒较低，使得原子扩散更容易，并且Ga在平面内的运动具有各向异性，支持了上述实验结果和原子阶梯图案形成模型的结果。

项目成果

Formation mechanisms of monolayer pits having characteristic step-edge shapes on annealed GaAs (110) surfaces

退火GaAs（110）表面具有特征阶梯边缘形状的单层凹坑的形成机制

• 发表时间: 2004
• 期刊: Thin Solid Films 464-465
• 作者: Akira Ishii;T.Aisaka;J-W Oh;M.Yoshita;H.Akiyama;L.N.Pfeiffer;K.W.West
• 通讯作者: K.W.West

Micro-photoluminescence characterization of local electronic states in a (110) GaAs quantum well fabricated by cleaved-edge overgrowth

• DOI: 10.1063/1.1804248
• 发表时间: 2004-11
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Ji‐Won Oh;M. Yoshita;Y. Hayamizu;H. Akiyama;L. Pfeiffer;K. West