JAIST Repository: 低温成長GaAs/AlAs多重量子井戸構造の原子拡散速度の研究
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(2) A 19a2. 低温成長 GaAs/AlAｓ多重量子井戸構造の原子拡散速度の研究 古田 丈晴（大塚研究室） 多重量子井戸構造(M QW )は、化合物半導体の成分を周期的に変化させることで半導体中に人工的に１次元の周 期ポテンシャルを導入する過程を数周期繰り返したもので、その代表的なものとして G aAs/AlAs M Q W 、 G aAs/G a1-xAlxAs M Q W 等が作られている。M Q W は電子及び正孔の井戸層への閉じ込めによる量子化された離 散的エネルギー準位の形成などの量子効果を発現し、多岐にわたる応用が見込まれている。その一例として、分子 線エピタキシー(M BE)によって成長された G aAs/AlAs M Q W は大きな励起子光非線形効果と極めて短い光励起キ ャリア寿命を併せ持つことから、光スイッチングデバイスに用いられる可能性がある。本研究ではこの低温成長 M Q W を光スイッチングデバイスとして用いるためにその構造を成長後の焼鈍によって最適化する際に、量子井 戸−障壁界面がどれだけ安定であるかを定量的に明らかにすることを目的とした。 本研究では、G aAs/AlAs M Q W を M BE で成長し、800℃で焼鈍を行った試料について X 線回折(XRD )測定を 行った。As-rich 及び化学量論的な二種類の成長時の基板温度が 200∼300℃の低温成長 M Q W と比較用試料とし て成長時の基板温度が約 600℃の通常成長 M Q W をそれぞれ 50 周期成長し、実験に用いた。焼鈍時の As の脱離 をを防ぐ為 G aAs の cap 層を成長した。焼鈍は窒素雰囲気中で行い、30、60、120 分の焼鈍後に XRD 測定を行 った。 焼鈍の後に行った XRD 測定の結果、全ての試料において M Q W の急峻な界面が拡散によって崩れたことが示 唆された。また、サテライトピークの相対強度の焼鈍時間に対する変化から M Q W 界面の原子拡散定数を見積も った。以下に試料間の比較を示す。この結果から、通常成長、低温成長の化学量論的 M Q W の原子拡散定数が一 定であるのに対して、As-rich 低温成長 M Q W の原子拡散定数は初回焼鈍の前後で異なるという傾向を示すことが 確認された。これらの差異は、低温成長時に取り込まれる G a 空孔の拡散の進行による消滅が影響していると考え られる。.
(3) 1. Log|Q|. □：化学量論的通常成長GaAs/AlAsMQW △：化学量論的低温成長GaAs/AlAsMQW ●：As-rich 低温成長GaAs/AlAs MQW. 通常成長 M Q W. 1.23×10-18. 化学量論的 LTM Q W. 4.61×10-18. As-richLT-M Q W D 0-30 D 30-120. 5.42×10-18 8.21×10-19. 本研究で求めた原子拡散定数（cm 2/sec） [800℃・ G a-Al相互拡散] 0.1 0. 30. 60. 90. 120. アニール時間 図：サテライトピークの相対強度|Q|の試料間比較. K eywords LT-G aAs，XRD，M Q W ，interdiffusion.
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