In situ X-ray diffraction during stacking of InAs/GaAs(0 0 1) quantum dot layers and photoluminescence spectroscopy

InAs/GaAs(001)量子ドット成長過程のその場X線回折法と蛍光発光分光

高橋 正光; 海津 利行*

Takahashi, Masamitsu; Kaizu, Toshiyuki*

InAs/GaAs(001)量子ドットの分子線エピタキシー(MBE)成長を微小角入射X線回折法で調べた。実験には、SPring-8の原子力機構ビームラインBL11XUに設置された、MBE装置と一体化したX線回折計を用いた。シンクロトロン放射光とX線二次元検出器の利用により、10秒の時間分解能で、X線強度の三次元的な逆格子マッピングが可能になった。一連のX線回折像から、InAs量子ドット内部の格子歪み分布・断面形状の変化の様子が、InAsナノ結晶の形成とGaAsによる埋め込みも含む量子ドット成長の全過程にわたって明らかになった。量子ドットの光学的性質は光励起蛍光分光法で確認した。その結果は、その場X線回折法で測定された構造変化の様子と、よい対応を示した。

The 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. Use of synchrotron radiation and a two-dimensional X-ray detector enabled three-dimensional mapping of X-ray diffraction intensity at a rate of 10 s per frame. A series of X-ray diffraction images have revealed the evolution of the shape and internal strains of InAs quantum dots in the whole growth processes including the island formation and encapsulation with GaAs. The optical quality of InAs quantum dots was evaluated by photoluminescence spectra. It shows a clear correlation with structural properties measured by in situ X-ray diffraction.