放射光X線回折によるGaAsナノワイヤ成長のその場観察

In situ X-ray diffraction study of GaAs nanowire growth

神津 美和*; Hu, W.; 高橋 正光

Kozu, Miwa*; Hu, W.; Takahashi, Masamitsu

半導体ナノワイヤは、さまざまなナノデバイス・ナノシステムの基本構成要素として注目されている構造である。ナノワイヤの作製方法の一つに、金属液滴を触媒として用いる気相-液相-固相(VLS)成長機構の利用が知られている。VLS成長したGaAsナノワイヤは、本来の閃亜鉛鉱型構造だけではなくウルツ鉱型構造をとることが報告されている。本研究では成長過程での結晶構造の変化を明らかにする目的で、Au触媒を用いたGaAs(111)B上のGaAsナノワイヤ成長を放射光X線回折計によりその場測定した。実験はSPring-8のビームラインBL11XUに設置されている分子線エピタキシー(MBE)装置とX線回折計を一体化した装置を使用した。GaAsの成長に伴い、結晶構造が閃亜鉛鉱型構造からウルツ鉱構造変化していく様子が観察された。

Recently, low-dimensional structures of semiconductors have attracted much attention because of their possible novel functions originating from quantum size effects. It has been shown that free-standing semiconductor nanowires can be grown on the (111) surface of silicon and the (111)B surface of III-V semiconductors by the vapor-liquid-solid growth technique in which metal particles, such as Au, Ni and Fe, serve as catalysts. Semiconductor nanowires of GaAs and InAs are known to adopt the wurtzite structure rather than than zincblende structure which is the normal structure in their bulk crystals. In the present study, we have performed in situ X-ray diffraction study of GaAs nanowire growth on GaAs(111)B with Au catalyst. Experiments were carried out using a psic-type X-ray diffractometer integrated with an MBE chamber at BL11XU. With increasing deposition amount of GaAs, the structure of GaAs nanowires was found to transform from the zincblende to the wurtzite.