異種結合界面を有する新機能量子材料の原子層制御スーパーヘテロエピタキシャル成長

具有异质键界面的新型功能量子材料的原子层控制超异质外延生长

基本信息

批准号：
07750348
负责人：
藤原康文
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

rocksalt構造を有するErPイオン結晶と、III-V族化合物半導体の1つでzincblende構造を有するInP共有結合結晶とからなるInP/ErP/InP複合構造の原子層制御スーパーヘテロピタキシャル成長を世界に先駆けて取り上げた。構造作製には多槽構造と基板回転機構を有する、現有の減圧縦型有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)成長装置を用いた。Er原料としてEr(MeCp)_3(trismethylcyclopentadienylerbium)を採用した。この原料の融点は133℃と高く、室温では十分な蒸気圧が得られないため、室温より高い温度で使用する必要がある。そこで、OMVPE成長装置に120℃まで昇温可能なEr原料供給系を新たに増設した。引き続き、Er原料の特性を把握するために、各種成長条件のもとでInPへのEr均一ド-ピングを行った。SIMS測定より、Erをド-ピングした全てのInPにおいて、深さ方向に対して均一なEr濃度が得られた。また、成長層中Er濃度は成長温度には依存せず、Er原料シリンダーを通過する水素流量に対して比例した。表面モフォロジーに関しては、10^<19>cm^<-3>以下のEr濃度で鏡面が得られた。4.2KでのPL測定において、1.54μm領域にEr^<3+>のf殻内遷移に起因する鋭い発光線が多数観測された。Er濃度の変化により、PLスペクトルに変化が現れた。このことは、試料中に複数のEr発光中心が共存することを示唆している。PLスペクトルの形状と強度は成長温度に強く依存する。すなわち、成長温度550℃以下では強い発光を示し、580℃以上では発光強度が急激に減少した。蛍光EXAFS測定の結果、成長温度550℃以下では添加されたErがInP中のInサイトを置換して存在するのに対し、成長温度580℃以上ではrocksalt構造を有するErPが形成されることが明らかになった。InP/ErP/InP構造のスーパーヘテロエピタキシャル成長は成長温度530℃においてTPB雰囲気中でIn原料とEr原料を切り換えることにより行った。得られた試料のRBS測定より、添加されたEr原子は測定分解能の60A以内に存在することがわかった。ランダムスペクトルから算出されたErシート密度はEr供給時間に比例した。低温でのPLスペクトル形状は均一にErをド-ピングされた試料と異なった。このことはEr原子周辺の原子配置が両者で全く異なることを意味している。Er原料供給時間が増加するにしたがい、PL積分強度が単調に減少した。試料中のヘテロ界面の状態をX線CTR散乱測定により原子層レベルで評価した。得られたCTRスペクトルにおいて、Er原料供給時間の増加に伴い、スペクトルの減衰が激しくなった。これは表面と界面の結晶性の劣化に起因している。供給時間が5分の試料で得られる、変調の明瞭なCTRスペクトルを解析することにより、試料中のEr原子がErP構造を形成して、半値幅5原子層(15A)の領域に存在することが明らかになった。

我们在国际上率先开发出由岩盐结构的ErP离子晶体和InP共价键晶体组成的InP/ErP/InP复合结构的原子层控制超异质外延生长，是一种III-V族化合物半导体我捡起了闪锌矿结构。为了制造该结构，我们使用了现有的低压垂直金属有机气相外延（OMVPE）生长装置，该装置具有多容器结构和衬底旋转机构。采用Er(MeCp)_3(三甲基环戊二烯基铒)作为Er原料。该原料的熔点高达133℃，在室温下无法获得足够的蒸气压，因此必须在高于室温的温度下使用。因此，我们在OMVPE生长设备上增加了新的Er原料供应系统，可以将温度提高到120℃。随后，为了了解Er原料的特性，在各种生长条件下将Er均匀掺杂到InP中。 SIMS测量表明，所有Er掺杂InP在深度方向上具有均匀的Er浓度。此外，生长层中的Er浓度与生长温度无关，并且与通过Er原料瓶的氢气流量成正比。关于表面形态，在Er浓度低于10^19cm^-3时获得镜面。在4.2K的PL测量中，在1.54μm区域观察到许多由于Er^<3+>的f-壳层跃迁而引起的尖锐发射线。 PL 光谱的变化是由于 Er 浓度的变化而出现的。这表明样品中同时存在多个铒发光中心。 PL 光谱的形状和强度很大程度上取决于生长温度。即，当生长温度低于550℃时，表现出较强的发光，而当生长温度高于580℃时，发光强度迅速降低。荧光EXAFS测量结果表明，当生长温度低于550℃时，添加的Er取代了InP中的In位点，而当生长温度高于580℃时，形成了具有岩盐结构的ErP就成了。通过切换In和Er原料，在TPB气氛中在530℃的生长温度下进行InP/ErP/InP结构的超异质外延生长。对获得的样品进行 RBS 测量表明，添加的 Er 原子存在于测量分辨率的 60A 范围内。从随机光谱计算出的 Er 片密度与 Er 供应时间成正比。低温下的 PL 光谱形状与均匀掺铒样品的不同。这意味着两者之间铒原子周围的原子排列完全不同。随着Er原料供应时间的增加，PL积分强度单调下降。通过 X 射线 CTR 散射测量在原子层水平评估样品中异质界面的状态。在获得的CTR光谱中，随着Er原料供给时间的增加，光谱的衰减变得更加严重。这是由于表面和界面处的结晶度变差造成的。通过分析加料时间为 5 分钟的样品获得的清晰调制的 CTR 谱，我们发现样品中的 Er 原子形成 ErP 结构，并存在于半宽度为 5 个原子层（15A）的区域。变得清晰。