Sb 照射 GaAs バッファ層上の InAs 量子ドット成長および Sb 成長中断過程

成長中断260 s間で0.52まで増加した．さらに多い成長量の6.1 ML（自己サイズ制限効果が発現してか らの成長量2.5 ML）（図5.5(f)）では，InAs成長中においてすでに巨大ドットの増加が見られ，巨大ドッ トの形成割合pはより少ない成長量よりも早い増加を示し，成長中断開始の650 sから50 s間で0.45か ら0.7まで増加した．成長時間700 sから成長中断終了の990 sまでは，巨大ドットの形成割合はほぼ0.7 で飽和した．

以上のように，自己サイズ制限効果の発現からの成長量が多くなるほど巨大ドットの形成割合 p は急 激に増加することが分かった．GaAsバッファ層上の InAs 量子ドット成長では，自己サイズ制限効果が 出現する成長量付近において，In安定化面を示す4倍のRHEEDパターンが観察される[8]．これは，安 定なファセット面の形成による自己サイズ制限により，In 吸着原子のドットへの取り込みが抑制され，

過剰なIn原子が表面に蓄積されていることを示している．この過剰なIn表面原子の存在が表面偏析した Sb原子による巨大ドットの抑制効果を弱め，コアレッセンスによる巨大ドットの形成を促進させている 可能性が考えられる．また，過剰なIn表面原子が少なくても，As照射成長中断中にコアレッセンスの発 生（巨大ドットの形成）が促進されている様子も観察されている（図5.5(a)）．Sb照射GaAsバッファ層 上のInAs量子ドット成長の場合，表面偏析したSb原子がコアレッセンスを抑制する効果があるが，As 照射の成長中断中ではその効果が弱められ，巨大ドットが形成されやすくなっているものと考えられる．

そこで次項5.3.2では，成長中断中にSbを照射する方法について検討した．

図5.6 InAs成長過程（成長量5.5 ML）およびSb照射成長中断におけるドット内部の格子定数(a)，

ドット高さ(b)，および巨大ドットの形成割合p(c)の時間変化．

(c)中の点線はAs照射成長中断の場合（図5.4(c)と同じ）を示す．

1.03 1.02 1.07 1.06 1.05 1.04

Relativelatticeconstantε

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 200 400 600 800 1000

Growh time (s)

XRDintensityratio,p

As照射成長中断

InAs成長量5.5 ML Sb照射 成長中断

(c)

0 5 10 15

(b)

Dotheight(nm)

0 70

(a)

急冷

Sb照射成長中断

As照射成長中断のものに比べて常に低く，Sb照射成長中断により巨大ドットは効果的に抑制されること が分かった．

図5.7は，InAs成長量を低減（3.1 ML）した場合のSb照射GaAsバッファ層上のInAs量子ドット成長 およびAsまたはSb照射の成長中断過程におけるドット高さの変化(a)と巨大ドットの回折強度割合の変 化(b)である．Sb照射成長中断とAs照射成長中断とでは，共にドットの形成タイミング，自己サイズ制 限効果の発現タイミング，ドット高さ変化はほぼ同じであった（図5.7(a)）．As照射成長中断では，巨大 ドットの発生は成長中断開始90 sで生じ，成長中断終了の260 sまでにおいて巨大ドット形成割合は0.40 まで増加した．しかし，Sb照射成長中断の場合は，成長中断開始から終了（360 s）までにおいて巨大ド ットの発生は認められなかった．このように，Sb照射成長中断法では，成長中断における巨大ドットの 形成は抑制され，Sb原子によるコアレッセンスの抑制効果が持続されることが分かった．

最後に，Sb照射成長中断を行ったInAs量子ドット試料の発光特性について検討した．図5.8には，Sb 照射GaAsバッファ層上のInAs量子ドット（InAs成長量3.3 ML）のAsまたはSb照射による成長中断の 後，GaAs層で埋め込み成長を行った試料のPLスペクトルを示す．測定温度は15 K(a)および293 K(b)で ある．両温度において，ピーク波長はSb照射成長中断の方が18 nm程度長波長側にシフトした．これは InAs量子ドット表面層におけるSb取り込みに起因するドットのSb組成増大によりドット層のエネルギ ーギャップが減少したことが可能性として考えられる．15 KにおけるPL強度（図5.8(a)）は，両試料と もほぼ等しい強さであったが，室温ではSb照射成長中断の方が約2.4倍高くなった．この原因の一つは 上述したように，Sb照射成長中断により，転位発生を伴うドットの巨大化が抑制されたことによるもの と考えられる．

図5.7 InAs成長過程およびAs照射成長中断，Sb照射成長中断それぞれにおけるドット高さ(a)と 巨大ドットの回折強度割合p (b)の時間変化．

図5.8 Sb照射GaAsバッファ層上InAs量子ドットに As照射成長中断またはSb照射成長中断を行った

0 5 10 15 20

Do t he ig ht ( nm)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 100 200 300 400 500 600 700 800

X R D inten sity r at io, p

Growth time (s)

InAs成長量3.1 ML 成長中断

Sb照射成長中断 As照射成長中断 自己サイズ制限

効果の発現

(a)

(b)

Sb照射成長中断 As照射成長中断

0 50 100 150 200 250

900 1000 1100 1200 1300 1400

PL inte ns ity ( arb. u nits )

Wavelength (nm)

(×20)

(a)

(b)

Sb照射成長中断 As照射成長中断

Sb照射 成長中断

As照射 成長中断