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論文

Real-time observation of rotational twin formation during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) by X-ray diffraction

鈴木 秀俊*; 仲田 侑加*; 高橋 正光; 池田 和磨*; 大下 祥雄*; 諸原 理*; 外賀 寛崇*; 森安 嘉貴*

AIP Advances (Internet), 6(3), p.035303_1 - 035303_6, 2016/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:69.33(Nanoscience & Nanotechnology)

The formation and evolution of rotational twin (TW) domains introduced by a stacking fault during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) substrates were studied by in situ X-ray diffraction. To modify the volume ratio of TW to total GaAs domains, GaAs was deposited under high and low group V/group III (V/III) flux ratios. For low V/III, there was less nucleation of TW than normal growth (NG) domains, although the NG and TW growth rates were similar. For high V/III, the NG and TW growth rates varied until a few GaAs monolayers were deposited; the mean TW domain size was smaller for all film thicknesses.

論文

Direct observation of strain in InAs quantum dots and cap layer during molecular beam epitaxial growth using ${{it in situ}}$ X-ray diffraction

下村 憲一*; 鈴木 秀俊*; 佐々木 拓生; 高橋 正光; 大下 祥雄*; 神谷 格*

Journal of Applied Physics, 118(18), p.185303_1 - 185303_7, 2015/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.64(Physics, Applied)

Direct measurements on the growth of InAs quantum dots (QDs) and various cap layers during molecular beam epitaxy are performed by ${{it in situ}}$ X-ray diffraction (XRD). The evolution of strain induced both in the QDs and cap layers during capping is discussed based on the XRD intensity transients obtained at various lattice constants. Transients with different features are observed from those obtained during InGaAs and GaAs capping, attributed to In-Ga intermixing between the QDs and the cap layer. Photoluminescence wavelength can be tuned by controlling the intermixing and the cap layer thickness. It is demonstrated that such information about strain is useful for designing and preparing novel device structures.

論文

${it In situ}$ three-dimensional X-ray reciprocal-space mapping of InGaAs multilayer structures grown on GaAs(001) by MBE

佐々木 拓生; 高橋 正光; 鈴木 秀俊*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Journal of Crystal Growth, 425, p.13 - 15, 2015/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.95(Crystallography)

${it In situ}$ three-dimensional X-ray reciprocal space mapping (${it in situ}$ 3D-RSM) was employed for studying molecular beam epitaxial (MBE) growth of InGaAs multilayer structures on GaAs(001). Measuring the symmetric 004 diffraction allowed us to separately obtain film properties of individual layers and to track the real-time evolution of both residual strain and lattice tilting. In two- layer growth of InGaAs, significant plastic relaxation was observed during the upper layer growth, and its critical thickness was experimentally determined. At the same thickness, it was found that the direction of lattice tilting drastically changed. We discuss these features based on the Dunstan model and confirm that strain relaxation in the multilayer structure is induced by two kinds of dislocation motion (dislocation multiplication and the generation of dislocation half-loops).

論文

Real-time observation of crystallographic tilting InGaAs layers on GaAs offcut substrates

西 俊明*; 佐々木 拓生; 池田 和磨*; 鈴木 秀俊*; 高橋 正光; 下村 憲一*; 小島 信晃*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

AIP Conference Proceedings 1556, p.14 - 17, 2013/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

${it In situ}$ X-ray reciprocal space mapping during In$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$As/GaAs(001) MBE growth is performed to investigate effects of substrate misorientations on crystallographic tilting. It was found that evolution of the crystallographic tilt for the InGaAs films is strongly dependent on both layer structures and substrate misorientations. We discuss these observations in terms of an asymmetric distribution of dislocations.

論文

In situ three-dimensional X-ray reciprocal-space mapping of GaAs epitaxial films on Si(001)

高橋 正光; 仲田 侑加*; 鈴木 秀俊*; 池田 和磨*; 神津 美和; Hu, W.; 大下 祥雄*

Journal of Crystal Growth, 378, p.34 - 36, 2013/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:51.97(Crystallography)

Epitaxial growth of III-V semiconductors on silicon substrates is a longstanding issue in semiconductor technology including optoelectronics, high-mobility devices and solar cells. In addition to a lattice mismatch of 4%, formation of antiphase domain boundaries makes the growth of GaAs/Si(001) more complicated than that of congeneric combinations, such as Ge/Si(001) and InGaAs/GaAs(001). In the present study, defects in GaAs/Si(001) epitaxial films are investigated by three-dimensional X-ray reciprocal-space mapping technique, which we have successfully applied for InGaAs/GaAs(001) growth. Experiments were carried out at a synchrotron beamline 11XU at SPring-8 using a molecular-beam epitaxy chamber integrated with a multi-axis X-ray diffractometer. Streaky scattering extending from the GaAs 022 peak in the $$langle 111rangle$$ directions was observed, indicating development of plane defects, such as facets and stacking faults.

論文

High-speed three-dimensional reciprocal-space mapping during molecular beam epitaxy growth of InGaAs

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

Journal of Applied Crystallography, 45(5), p.1046 - 1053, 2012/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:29.94(Chemistry, Multidisciplinary)

This paper describes the development of a high-speed three-dimensional reciprocal-space mapping method designed for the real-time monitoring of the strain relaxation process during the growth of heterostructure semiconductors. Each three-dimensional map is obtained by combining a set of consecutive images, which are captured during the continuous rotation of the sample, and calculating the reciprocal-space coordinates from the detector coordinate system. Using this method, the strain relaxation process of InGaAs heteroepitaxial films grown on GaAs(001) has been investigated.

論文

Observation of in-plane asymmetric strain relaxation during crystal growth and growth interruption in InGaAs/GaAs(001)

佐々木 拓生*; 下村 憲一*; 鈴木 秀俊*; 高橋 正光; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Japanese Journal of Applied Physics, 51(2), p.02BP01_1 - 02BP01_3, 2012/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.28(Physics, Applied)

In-plane asymmetric strain relaxation in lattice-mismatched InGaAs/GaAs(001) heteroepitaxy is studied by ${it in situ}$ three-dimensional X-ray reciprocal space mapping. Repeating crystal growth and growth interruptions during measurements allows us to investigate whether the strain relaxation is limited at a certain thickness or saturated. We find that the degree of relaxation during growth interruption depends on both the film thickness and the in-plane directions. Significant lattice relaxation is observed in rapid relaxation regimes during interruption. This is a clear indication that relaxation is kinetically limited. In addition, relaxation along the [110] direction can saturate more readily than that along the [$${bar 1}$$10] direction. We discuss this result in terms of the interaction between orthogonally aligned dislocations.

論文

Real-time structural analysis of compositionally graded InGaAs/GaAs(001) layers

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 稲垣 充*; 池田 和磨*; 下村 憲一*; 高橋 正光; 神津 美和*; Hu, W.; 神谷 格*; 大下 祥雄*; et al.

IEEE Journal of Photovoltaics, 2(1), p.35 - 40, 2012/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:73.26(Energy & Fuels)

Compositionally step-graded InGaAs/GaAs(001) buffers with overshooting (OS) layers were evaluated by several characterization techniques for higher efficiency metamorphic III-V multijunction solar cells. By high-resolution X-ray diffraction, we found that fully relaxed or tensile strained top layers can be obtained by choosing appropriate OS layer thickness. Moreover, from real-time structural analysis using ${it in situ}$ X-ray reciprocal space mapping (${it in situ}$ RSM), it was proved that the top layer is almost strained to the OS layers, and it is independent of the thicknesses of the OS layers. Dislocations in the vicinity of the OS layers were observed by transmission electron microscopy, and the validity of results of ${it in situ}$ RSM was confirmed from the viewpoint of misfit dislocation behavior. Finally, by photoluminescence measurements, we showed that tensile strained top layers may be suitable for the improvement of minority-carrier lifetime.

論文

X-ray reciprocal space mapping of dislocation-mediated strain relaxation during InGaAs/GaAs(001) epitaxial growth

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 高橋 正光; 大下 祥男*; 神谷 格*; 山口 真史*

Journal of Applied Physics, 110(11), p.113502_1 - 113502_7, 2011/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:53.68(Physics, Applied)

Dislocation-mediated strain relaxation during lattice-mismatched InGaAs/GaAs(001) heteroepitaxy was studied through ${it in situ}$ X-ray reciprocal space mapping. At the synchrotron radiation facility SPring-8, a hybrid system of molecular beam epitaxy and X-ray diffractometry with a two-dimensional detector enabled us to perform ${it in situ}$ reciprocal space mapping at high-speed and high-resolution. Using this experimental setup, the lattice constants, the diffraction broadenings along in-plane and out-of-plane directions, and the diffuse scattering were investigated. The strain relaxation processes were classified into four thickness ranges with different dislocation behavior. In addition, the existence of transition regimes between the thickness ranges was identified.

論文

Growth temperature dependence of strain relaxation during InGaAs/GaAs(0 0 1) heteroepitaxy

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Journal of Crystal Growth, 323(1), p.13 - 16, 2011/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:17.9(Crystallography)

In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001)の分子線エピタキシャル成長中のひずみ緩和の様子をその場X線逆格子マッピングにより解析した。成長温度420, 445, 477$$^{circ}$$Cにおける残留ひずみ・結晶性の変化の様子が測定された。Dodson-Tsaoの運動学的モデルは、実験による残留ひずみの測定結果とよく一致することがわかった。さらにひずみ緩和過程における転位の運動の温度依存性の解析から、転位の運動の熱励起を議論することが可能になった。

論文

Real-time observation of anisotropic strain relaxation by three-dimensional reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs(001) growth

鈴木 秀俊*; 佐々木 拓生*; 崔 炳久*; 大下 祥雄*; 神谷 格*; 山口 真史*; 高橋 正光; 藤川 誠司

Applied Physics Letters, 97(4), p.041906_1 - 041906_3, 2010/07

 被引用回数:28 パーセンタイル:23.86(Physics, Applied)

Real-time three-dimensional reciprocal space mapping measurement during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) molecular beam epitaxial growth has been performed to investigate anisotropy in relaxation processes. Anisotropies, strain relaxation, and crystal quality in [110] and [1$$bar{1}$$0] directions were simultaneously evaluated via the position and broadness of 022 diffraction. In the small-thickness region, strain relaxation caused by $$alpha$$-dislocations is higher than that caused by $$beta$$-dislocations, and therefore crystal quality along [110] is worse than that along [1$$bar{1}$$0]. Rapid relaxation along both [110] and [1$$bar{1}$$0] directions occurs at almost the same thickness. After rapid relaxation, anisotropy in strain relaxation gradually decreases, whereas crystal quality along [1$$bar{1}$$0] direction, presumably due to $$beta$$-dislocations, becomes better that along [110] direction and the ratio does not decay with thickness.

論文

In situ study of strain relaxation mechanisms during lattice-mismatched InGaAs/GaAs growth by X-ray reciprocal space mapping

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1268, 6 Pages, 2010/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

The in situ X-ray reciprocal space mapping (in situ RSM) of symmetric diffraction measurements during lattice-mismatched InGaAs/GaAs(001) growth were performed to investigate the strain relaxation mechanisms. The evolution of the residual strain and crystal quality were obtained as a function of InGaAs film thickness. Based on the results, the correlation between the strain relaxation and the dislocations during the film growth were evaluated. As a result, film thickness ranges with different relaxation mechanisms were classified, and dominant dislocation behavior in each phase were deduced. From the data obtained in in situ measurements, the quantitative strain relaxation models were proposed based on a dislocation kinetic model developed by Dodson and Tsao. Good agreement between the in situ data and the model ensured the validity of the dominant dislocation behavior deduced from the present study.

論文

${it In situ}$ real-time X-Ray reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs growth for understanding strain relaxation mechanisms

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; Lee, J.-H.*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 新船 幸二*; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Applied Physics Express, 2, p.085501_1 - 085501_3, 2009/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:20.96(Physics, Applied)

${it In situ}$ real-time X-ray diffraction measurements during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) epitaxial growth are performed for the first time to understand the strain relaxation mechanisms in a lattice-mismatched system. The high resolution reciprocal space maps of 004 diffraction obtained at interval of 6.2 nm thickness enable transient behavior of residual strain and crystal quality to be observed simultaneously as a function of InGaAs film thickness. From the evolution of these data, five thickness ranges with different relaxation processes and these transition points are determined quantitatively, and the dominant dislocation behavior in each phase is deduced.

論文

放射線治療遠隔支援のための線量計算システムIMAGINEのグリッド化

斎藤 公明; 手島 直哉; 鈴木 喜雄; 中島 憲宏; 齋藤 秀俊*; 国枝 悦夫*; 藤崎 達也*

FUJITSUファミリ会論文集(インターネット), 20 Pages, 2009/02

放射線治療の品質保証や先端的治療技術の開発への貢献を目的に、超並列計算によって高精度・高速に患者体内の線量分布を計算できる線量計算システムIMAGINEを研究開発している。IMAGINEの実運用に向け、複数の治療施設から同時に大量の線量計算実行要求を受け付けることが想定されるため、われわれはIMAGINEシステムをグリッド化することで線量計算を分散処理し、線量計算ジョブの待ち時間を最小化することを検討した。本稿では、IMAGINEシステムのグリッド化にあたり生じた課題と、それに対して検討し見いだしたグリッドに対する知見として、プログラミングスキルを必要とせず、容易にアプリケーションのグリッド化を可能とする方式について紹介する。

論文

Water transport properties of crosslinked-PTFE based electrolyte membranes

澤田 真一; 八巻 徹也; 西村 秀俊*; 浅野 雅春; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 前川 康成

Solid State Ionics, 179(27-32), p.1611 - 1614, 2008/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.86(Chemistry, Physical)

われわれは、トリチウム水をトレーサとして用いて、架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を基材とする電解質膜における水の自己拡散係数Dを測定した。PTFEの架橋密度が高くなるほど、Dは小さくなった。これと同様に、含水率$$lambda$$(スルホン酸基1つあたりの水分子の数)は、高密度架橋膜ほど低い値を示した。Dと$$lambda$$の関係から、架橋PTFE電解質膜中の自由水は非常に少ないことが示唆された。したがって、大部分の水はスルホン酸基に強く束縛されるため、水の動きが抑制されたと考えられる。

論文

Non-stoichiometory and vaporization characteristic of Li$$_{2.1}$$TiO$$_{3.05}$$ in hydrogen atmosphere

星野 毅; 安本 勝*; 土谷 邦彦; 林 君夫; 西村 秀俊*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Fusion Engineering and Design, 82(15-24), p.2269 - 2273, 2007/10

 被引用回数:38 パーセンタイル:6.73(Nuclear Science & Technology)

チタン酸リチウム(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)は、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料である。Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は水素により還元されるため、トリチウムを回収する際のスイープガス中に含まれる水素により還元されにくいLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$の開発は重要である。本研究では、水素により還元されにくい増殖材料として期待できる、Li$$_{2.1}$$TiO$$_{3.05}$$を製作し、非化学量論性及び蒸発特性を調べた。定比のLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$(Li$$_{2}$$O/TiO$$_{2}$$=1.00)よりLi量を多くしたLi$$_{2.1}$$TiO$$_{3.05}$$(Li$$_{2}$$O/TiO$$_{2}$$=1.05)を製作した結果、水素還元による酸素欠損がほとんどなく、Liを含む蒸発蒸気種の平衡蒸気圧への影響も少ないことから、高温・長時間使用時における試料の結晶構造の変化が小さくなり、化学的に安定して使用できることがわかった。

論文

Vapor species evolved from Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ heated at high temperature under various conditions

星野 毅; 安本 勝*; 土谷 邦彦; 林 君夫; 西村 秀俊*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.555 - 559, 2006/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:29.85(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料であるチタン酸リチウム(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)は、高温領域でLiの蒸気圧が高いことが知られているが、さまざまな雰囲気中における確立したデータは存在しない。そこで、トリチウム回収の際の使用候補となる各種スイープガス雰囲気中における蒸発蒸気種の平衡蒸気圧を測定し、スイープガス組成によるLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$の蒸発特性への影響を調べた。スイープガス中に水素または水蒸気を添加した結果、Liを含む蒸気種の蒸気圧は、添加しない場合と比較し、約一桁高くなることがわかった。また、Liの平衡蒸気圧の温度依存性を調べた結果、Liの蒸発が始まる温度は、水素または水蒸気を添加したスイープガス雰囲気中においては約973K、真空または酸素を添加した雰囲気中においては約1273Kであることが明らかとなった。さらに、測定後の試料を観察した結果、水素雰囲気中にて測定した試料は白色から深青色と変化し、還元反応による構造変化も起きることがわかった。

報告書

酸素プラズマによる塩廃棄物の直接ガラス固化(核燃料サイクル公募型研究)

鈴木 正昭*; 関口 秀俊*; 赤塚 洋*; 後藤 孝宣*; 大杉 武史*; 小林 洋昭; 中澤 修

JNC-TY8400 2002-016, 158 Pages, 2002/03

JNC-TY8400-2002-016.pdf:15.93MB

酸素プラズマによる塩廃棄物を直接ガラス固化するプロセスを提案し、その可能性を調べることを目的に実験を行った。新しく作成した実験装置は電気炉部分とプラズマ生成部分からなる。ルツボ中で塩化物とガラスの混合物を電気炉で溶融後、そのまま酸素プラズマが照射される。光学的測定では、我々の開発したマイクロ波放電装置による大気圧酸素プラズマの特性が測定され、電子密度は10/$$^{12cm/sup}$$-3程度と極めて低いが、酸素原子密度は10/$$^{17-10/sup}$$18cm/-3と極めて高く、酸素原子ラジカル源として優れていることがわかった。固化体製造・評価実験においては、金属元素がガラス内に固化できることを確認し、酸素プラズマの照射による影響、すなわち多量の酸素溶解が何らかの作用で塩素の減少、ガラス中の金属元素の閉じこめに影響をもたらすことがわかった。また、酸素分子が物理的に溶解・拡散するモデルにより溶解量を推算し、溶融ガラスへの多量な酸素の溶解は酸素分子の物理的な溶解および拡散のモデルでは説明できず、プラズマ中の酸素が酸素ラジカルの形態で溶融ガラスへ溶解したためであると結論した。本研究により、塩廃棄物の直接ガラス固化プロセスについての基礎データが得られ、工学規模での実証に対する課題が抽出されるなど、プロセス評価上重要な知見が得られた。

口頭

Li$$_{2+x}$$TiO$$_{3+y}$$の蒸発特性と非化学量論性

星野 毅; 土谷 邦彦; 林 君夫; 安本 勝*; 西村 秀俊*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

チタン酸リチウム(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)は、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料である。Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は水素により還元されるため、トリチウム回収用のスイープガス中に添加する水素により還元されにくいLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$の開発は重要である。本研究では、水素により還元されにくい増殖材料として期待できる、Li$$_{2+x}$$TiO$$_{3+y}$$を製作し、蒸発特性及び非化学量論性を調べた。定比のLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$(Li$$_{2}$$O/TiO$$_{2}$$=1.00)よりLi量を多くしたLi$$_{2.1}$$TiO$$_{3.05}$$を製作した結果、水素還元で生じる酸素欠損量はほとんど無く、高温・長時間使用時における試料の結晶構造の変化が小さくなり、化学的に安定して使用できることがわかった。

口頭

高温照射下におけるLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ペレットのトリチウム放出試験

佐藤 高亮*; 星野 毅; 林 君夫; 西村 秀俊*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

D-T核融合炉におけるトリチウム固体増殖材としてLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は有力な候補材であり、中性子照射条件下でのトリチウム放出挙動の把握が求められている。本研究では、東京大学原子炉「弥生」のグレージング(Gz)孔においてLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$焼結体ペレットの高温照射を行い、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$のスイープガス組成の違いによるトリチウム放出挙動への影響を評価することを目的とする。研究の第一段階として、本発表では、東京大学原子炉「弥生」のGz孔に設置する実験体系の試料部におけるトリチウム生成量を、MCNP-4Aにより計算した結果及び照射済みLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$, Li$$_{2}$$CO$$_{3}$$ペレットを液体シンチレーションカウンターにて測定した結果から、計算結果と実験結果の比較検討を行った。

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