자기조직화에 의한 InAs 양자점 구조 형성에 미치는 수소플라즈마의 효과

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ECR (electron cyclotron resonance) 플라즈마원이 장착되어 있는 화학선에피탁시 (chemical beam epitaxy : CBE) 장치를 사용하여 InAs 양자점 구조형성에 미치는 수소플라즈마의 효과에 대하여 조사하였다. 자기조직화(self-organized)에 의해 GaAs 기판위에서 InAs 양자점의 형성을 RHEED(reflection high energy electron diffraction)로 관측한 결과 수소가스 및 수소플라즈마의 영향을 받지 않은 상태에서는 1.9 ML(monolayer)의 InAs 층성장(layer growth) 후에 형성되는데 비해 수소플아즈마를 조사한 상태에서는 약 2.6 ML의 InAs 층성장(layer growth) 후에 형성되는데 비해 수소플아즈마를 조사한 상태에서는 약 2.6 ML의 InAs층이 성장된 후 뒤늦게 이루어짐을 확인하였다. 기판의 온도 $370^{circ}C$에서 동일한 조건으로 형성시킨 InAs 양자점의 밀도 및 크기는 수소플라즈마의 영향을 받지 않은 경우 $1.9{ imes}10^{11}cm^{-2}$ 및 17.7 nm에서 수소플라즈마를 쪼인 경우 $1.3{ imes}10^{11}cm^{-2}$ 및 19.4 nm로 양자점 형성 다소 완화되는 것으로 나타났다. 또한, 수소플아즈마에 의한 InAs 양자점의 PL(photoluminescence) 신호의 적색이동(red shift)과 반치폭 증가로부터 양자점 크기의 증가와 균일성이 다소 감소되는 모습을 알 수 있었다. 이와같은 수소플라즈마의 영향은 GaAs 기판과 InAs 사이의 부정합 변형환화 효과에의해 InAs의 충성장을 강화시키는 원자상 수소의 작용때문인 것으로 고려되었다.

기타언어초록

We have investigated the effect of hydrogen plasma on the formation of InAs QDs (quantum dots) structure by using a CBE (chemical beam epitaxy)system equipped with ECR (electron cyclotron resonance) plasma source. It is confirmed that the formation of self-organized InAs-QDs on GaAs is started after the growth of InAs layer up to 2.6 ML (monolayer) with the irradiation of hydrogen plasma while it is started after 1.9 ML without hydrogen gas and hydrogen plasma through the observation of RHEED patterns. Density and size of the QDs formed at $T_{sub}=370^{circ}C$ are $1.9{ imes}10^{11}cm^{-2}$ and 17.7 nm without hydrogen plasma, and $1.3{ imes}10^{11}cm^{-2}$ and 19.4 nm with hydrogen plasma, respectively. It is also observed from the PL(photoluminescence) measurement on InAs-QDs that red shift in PL peak energy and broadening in FWHM (full width at half maximum)of PL peak caused by the effects of hydrogen plasma on the increment of size and its distribution. These effects of hydrogen plasma are considered as a act of atomic hydrogen which enhances the layer-growth of InAs on GaAs resulted from the relief of misfit strain between GaAs substrate and InAs.

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