In-situ X-ray diffraction study on structural evolution of InAs islands on GaAs(001) during annealing

GaAs(001)上InAsナノ結晶のアニール中の構造変化

高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎

Takahashi, Masamitsu; Kaizu, Toshiyuki; Mizuki, Junichiro

Stranski-Krastanov成長により形成したナノ結晶は、平衡状態にはなく、アニールすることで構造変化を起こす。この構造変化は、ナノ結晶間の化学ポテンシャルの違いによって引き起こされる。格子不整合を持つ基板とナノ結晶との組合せでは、化学ポテンシャルの違いは、格子ひずみの寄与も含む。本論文では、格子ひずみに敏感なその場X線回折の測定をもとに、ナノ結晶の構造変化を議論する。実験はSPring-8の原子力機構ビームラインBL11XUで行った。X線回折計と分子線エピタキシー装置とを組合せ、アニール中の格子ひずみの変化とナノ結晶の高さの変化とを測定した。観測された構造変化は、430Cから480Cの間で変化させた基板温度によって、顕著な違いを示した。アニールによる構造変化の過程では、連続的にInAsを成長させた場合と同様、熱的に励起される合金化がひずみエネルギーの緩和に主要な役割を果たしていると考えられる。

Stranski-Krastanov islands are far from equilibrium and coarsening occurs when they are annealed. This coarsening is driven by chemical potential differences between islands. In lattice-mismatched systems, the chemical potential difference is governed by strain as well as surface and interface energies. In the present work, we discuss ripening kinetics of InAs/GaAs(001) on the basis of in situ X-ray diffraction, which is sensitive to strain distribution within islands. Experiments were performed at a synchrotron beamline 11XU at SPring-8 using an X-ray diffractometer integrated with an MBE chamber. From X-ray diffraction data, the lattice constant distribution and the height of the InAs quantum dots were evaluated during growth and annealing at substrate temperatures ranging from 430C to 480C. X-ray results suggest that strain relief via thermally enhanced alloying plays a major role in the coarsening process as it does in continuous growth of InAs.