Time-resolved X-ray diffraction study on surface structure and morphology during molecular beam epitaxy growth

分子線エピタキシャル成長中の表面構造及びモホロジーの実時間X線回折測定

高橋 正光; 米田 安宏   ; 井上 博胤*; 山本 直昌*; 水木 純一郎

Takahashi, Masamitsu; Yoneda, Yasuhiro; Inoue, Hirotane*; Yamamoto, Naomasa*; Mizuki, Junichiro

MBE成長のさい、二次元成長する系では、一原子層ごとの成長に対応して、RHEED強度振動がおきることが知られている。同様の回折強度振動は、X線でも見られる。一般に、回折強度Iは、表面の原子配列で決まる構造因子Fと、表面粗さ因子mとの積I=Fmで表される。従来は、回折強度Iの測定から、主に表面粗さmに着目した議論がなされていた。これに対し本研究では、散漫散乱強度の測定から、Fとmを分離した解析が可能であることを示す。基板温度435でGaAs(001)成長を行なったとき、成長前の表面はc(44)構造であるが、成長中は表面のGa濃度が増えるため、21構造に変化する。したがって回折強度変化には、表面粗さ以外に、Fの変化に由来する成分も含まれる。本方法により、Fとmの寄与が分離して求められた。

The reflection high energy electron diffraction (RHEED) oscillation has been widely adopted for studies on growth kinetics and dynamics in molecular beam epitaxy (MBE). Recent development in brilliant X-ray source has enabled similar experiments with X-rays, which has great advantage in a straightforward interpretation of results and in a high angular resolution. In general, the diffracted intensity from surface is proportional to the surface structure factor associated with the surface reconstruction, F, multiplied by a damping factor associated with the surface roughness, m. We show that the two factors, F and m, can be obtained separately by measuring diffuse scattering around the two-dimensional Bragg peak during growth.