Crystal growth dynamics studied using in situ X-ray diffraction; Zero-, one- and two-dimensional structures

その場X線回折による結晶成長ダイナミクス; 0, 1, 2次元構造

高橋 正光; Hu, W.; 神津 美和*; 佐々木 拓生*; 大下 祥雄*; 鈴木 秀俊*

Takahashi, Masamitsu; Hu, W.; Kozu, Miwa*; Sasaki, Takuo*; Oshita, Yoshio*; Suzuki, Hidetoshi*

量子井戸構造から量子細線,量子ドット及び半導体ナノ構造の成長ダイナミクスを、その場X線回折によるデータに基づいて議論する。第一に、二次元量子構造である量子井戸構造は、多接合太陽電池やひずみ電界効果トランジスタなど、現在の半導体技術において最も重要な実用的意義を持っている。基板と成長膜では、熱膨張係数に大きな差があることが一般的であり、成長膜内のひずみや欠陥の生成機構の解明と制御のためには、その場測定が有効である。そのために開発したリアルタイムX線逆格子マッピング法と、そのInGaAs/GaAs(001)成長への応用について紹介する。第二に、一次元量子構造である量子細線は、形状が極端に異方的であることから、量子効果に由来する物性の観点からだけでなく、結晶成長の対象としても興味深い。本発表では、Auを触媒として用いた気相・液相・固相成長法によるGaAs量子細線成長のその場X線回折について報告する。第三に、究極の量子構造である量子ドットの成長のその場X線回折についても紹介する。

Growth dynamics of semiconductor nanostructures ranging from quantum wells to quantum dots will be discussed on the basis of in situ X-ray diffraction. Experiments were performed using a molecular-beam epitaxy (MBE) chamber integrated with an X-ray difftactometer at 11XU of SPring-8. First, of all the nanostructures, quantum wells are playing the most important roles in technological applications today. For in situ study of growth of quantum wells, we have developed a real time X-ray technique enabling three-dimensional reciprocal space mapping during growth and applied it for the investigation of InGaAs growth on GaAs(001). Second, quantum wires are recently attracting much interest because of their extremely anisotropic one-dimensional shape. In this paper, we will present in situ X-ray diffraction data during the As-assisted vapor-liquid-solid growth of GaAs nanowires. Finally, the growth of quantum dots, which are the ultimate quantum structure, will be discussed as well.