InAs量子ドット形状変化の成長温度依存性

Evolution of shape of InAs quantum dots at different growth temperatures

高橋 正光

Takahashi, Masamitsu

InAs/GaAs(001)のStranski-Krastanow成長による三次元島の形成機構は、InAs量子ドットの大きさの制御や形状の均一化を目指す観点から重要である。本研究では、放射光X線回折法を用いて、InAs量子ドットのMBE成長をその場測定し、ドット内の格子定数の分布及び高さ・直径の変化の基板温度依存性を調べた。実験は、放射光施設SPring-8の実験ステーションBL11XUで、MBE真空槽と一体化したX線回折計を用いて行った。成長時の基板温度は試料(a), (b), (c)のそれぞれで、478C, 469C, 454Cであった。本測定では、量子ドットの高さと直径を時分割で決められるので、量子ドット1個あたりの体積変化を算出することができる。これに、クエンチ後にAFMで測定した量子ドット密度を掛け合わせると、量子ドットの総体積の時間変化が求められる。今回測定した温度の範囲内で、量子ドットの密度は7倍近くの差があるが、量子ドットの総体積は、成長とともに、同じように増加することがわかった。体積の増加速度は、InAsの供給速度の約1.5倍で、ぬれ層もしくは基板から、成長温度に依存しない量の物質供給があることを示している。

Stranski-Krastanow growth of InAs/GaAs(001) has attracted much attention for controlling the size and shape of InAs quantum dots. In this work, we have investigated the evolution of the internal lattice constant distribution, height and diameter of quantum dots by in situ synchrotron X-ray diffraction during molecular beam epitaxy (MBE) at varying temperatures. Experiments were performed at BL11XU at SPring-8 using an MBE chamber coupled with an X-ray difractometer. Three samples grown at substrate temperatures of 478C, 469C and 454C were subjected to measurements. A combination of in situ X-ray diffraction and postgrowth atomic force microscopy revealed that the total volume of the quantum dots increased at a rate 1.5 times as large as the supplying rate of In. This suggests that a mass transfer from the wetting layer of the substate contributes to the growth of quantum dots.