In-situ X-ray diffraction study of InAs/GaAs(001) quantum dot growth

InAs/GaAs(001)量子ドット成長のその場X線回折による研究

高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎

Takahashi, Masamitsu; Kaizu, Toshiyuki; Mizuki, Junichiro

放射光施設SPring-8のBL11XUにおいて、X線回折計とMBE成長槽とを一体化した装置を用い、量子ドット成長中のその場・リアルタイムX線測定を実現した。この装置とX線CCD検出器を組合せることで、InAs/GaAs(001)量子ドットの成長過程を10秒以下の時間分解能でX線測定する方法を開発した。この手法をInAsの連続的な成長過程As雰囲気中でのアニール過程・GaAsによる埋め込み過程・積層量子ドット成長過程に適用した。X線は、ガス雰囲気中でも使用することができるため、ここで開発した手法は、分子線エピタキシャル成長だけでなく、有機金属化学気相成長にも適用可能である。したがって産業応用にも向いている。

Molecular beam epitaxial (MBE) growth of InAs/GaAs(001) quantum dots was investigated by grazing-incidence X-ray diffraction using a diffractometer integrated with an MBE apparatus, which was installed on beamline 11XU at SPring-8. Use of synchrotron radiation and a two-dimensional X-ray detector enabled X-ray diffraction intensity mapping in the reciprocal lattice space at a rate of less than 10 s per frame. A series of X-ray diffraction images revealed the evolution of the strain, composition and height of InAs quantum dots during the growth process including InAs nanoisland formation, growth interruption and encapsulation with GaAs. Because the propagation of X-rays is not hindered even in gaseous atmosphere, this technique can be applied to vapor-phase epitaxy as well and thus is suitable for industrial applications.