GaAs/GaP(001)ヘテロ成長における成長モード遷移

Abstract

This paper describes a mechanism of the growth mode transition from layer-by-layer growth to three dimensional island formation due to the large lattice mismatch. The island formation and strain relaxation of GaAs heteroepitaxial growth onto GaP(001) by molecular beam epitaxy is studied by means of an analysis of the Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED) pattern. Oscillation of the lattice parameter of the growing film during layer-by-layer growth is explained by a model which considers an elastic strain relaxation within coherent islands. Oscillation of diffraction intensity of specular spot indicates that the critical thickness of the growth mode transition increases as the growth rate increases. Change in the RHEED intensity profile reveals transformation of the film structure from layer to island and relaxation of the misfit strain even after the growth has stopped. The result shows kinetically limited metastable structure of the GaAs film. The increase of the critical thickness is explained by a surpassing of the formation rate of the layer over that of the island.

大きい格子不整合による層/層成長から3次元島形成への成長モード遷移のメカニズムを調べた。反射高エネルギー電子回折(RHEED)パターンの解析により、分子ビーム･エピタクシーによるGaP(001)へのGaAsヘテロエピタキシャル成長の島形成および歪緩和を調べた。層/層成長の間の成長膜の格子パラメータの振動を、コヒーレントアイランド内の弾性歪緩和を考慮したモデルによって説明した。鏡面反射点の回折強度の振動は、成長モード遷移の臨界膜厚が成長速度の増大とともに増加することを示している。RHEED強度プロフィルの変化は膜構造の層から島への変化および成長終了後の不整合歪の緩和を示している。この結果はGaAs膜のカイネティック制限を受けた準安定構造を示している。臨界膜厚の増加は層形成の速度が島形成の速度を上回るためであると説明できた。