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角田 直輝*; 海津 利行*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 山口 浩一*
Japanese Journal of Applied Physics, 49(9), p.095602_1 - 095602_4, 2010/09
被引用回数：4 パーセンタイル：14.99(Physics, Applied)Self-assembly of high-density InAs quantum dots (QDs) on Sb-irradiated GaAs buffer layers was observed in-situ by a time-resolved X-ray diffraction (XRD) technique using a combination of XRD and molecular beam epitaxy. Evolution of dot height and lattice constant was analyzed during InAs QD growth and subsequent growth interruption (GI), and as a result, dislocated giant dots due to coalescence and coherent dots were separately evaluated. An Sb-irradiated GI (Sb-GI) method to be applied after InAs growth was attempted for the suppression of coalescence. Using this method, the XRD intensity of giant dots decreased, and the photoluminescence intensity of InAs QDs was enhanced. High-density InAs QDs without giant dots were produced by using the combination of the QD growth on the Sb-irradiated GaAs buffer layers and the Sb-GI.
高橋 正光; 海津 利行*
Journal of Crystal Growth, 311(7), p.1761 - 1763, 2009/03
被引用回数：10 パーセンタイル：70.62(Crystallography)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。
Tinkham, B. P.*; Romanyuk, O.*; Braun, W.*; Ploog, K. H.*; Grosse, F.*; 高橋 正光; 海津 利行*; 水木 純一郎
Journal of Electronic Materials, 37(12), p.1793 - 1798, 2008/12
被引用回数：4 パーセンタイル：30.89(Engineering, Electrical & Electronic)Surface X-ray diffraction was employed, 
, to measure the GaSb(001)-(1
5) and (13) surface phases under technologically relevant growth conditions. We measured a large set of fractional-order in-plane diffraction peaks arising from the superstructure of the surface reconstruction. For the (13) phase we obtained good agreement between our data and the 
(43) model proposed in recent experimental and theoretical work. Our measurements on the Sb-rich (15) phase provide evidence that the structure under growth conditions is, in fact, different from that of the models previously suggested on the basis of scanning tunneling microscopy (STM). We discuss reasons for this discrepancy as well as the identified structural elements for these reconstructions, which include surface relaxations and subsurface rearrangement.
海津 利行*; 高橋 正光; 山口 浩一*; 水木 純一郎
Journal of Crystal Growth, 310(15), p.3436 - 3439, 2008/07
被引用回数：11 パーセンタイル：68.82(Crystallography)高密度InAs量子ドット成長のテンプレートとして機能するSb吸着GaAs(001)基板をその場X線回折で調べた。表面第8層目までのSb分布をCTR(Crystal Truncation Rod)散乱の解析から決定した。Sb分子線が照射されることで、SbはGaAs(001)表面の第8層目まで侵入することが見いだされた。表面第1層と2層のSbは、それぞれ1/3原子層,2/3原子層で飽和した。X線回折の結果と、原子間力顕微鏡による量子ドット密度の観察結果とを比較することで、高密度量子ドットの形成が表面及びその近傍に分布するSbの総量と相関していることがわかった。
海津 利行; 高橋 正光; 山口 浩一*; 水木 純一郎
Journal of Crystal Growth, 301-302, p.248 - 251, 2007/04
被引用回数：13 パーセンタイル：77.38(Crystallography)Stranski-Krastanov成長法によりGaAs基板上に自己形成したInAs量子ドット構造は、新しい光電子デバイスへの応用が期待されている。その実現のためには、量子ドットのサイズやその均一性,密度などの精密な制御が重要であり、これまでInAs量子ドットの成長条件の検討や量子ドット形成後の成長中断の影響について研究が行われてきた。しかし、さまざまな条件で作製した量子ドット構造の成長中断過程における構造変化やそのメカニズムはまだ十分理解されていない。本研究では、SPring-8に設置された分子線エピタキシ装置とX線回折計が一体化した装置を用いたその場X線回折により、成長量の異なる2種類のInAs/GaAs(001)量子ドット構造について、アニール中の構造変化の解析を行った。その結果、成長量の少ない条件ではライプニング現象が、成長量の多い条件ではInAs量子ドット内へのGa原子の混入による3次元の島状構造から2次元層構造への形状遷移がそれぞれ観察され、InAs成長量によるアニール中の量子ドットの構造変化の違いが明らかになった。これらの結果により、InAs量子ドット構造の制御について有効な知見が得られた。
高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
AIP Conference Proceedings 893, p.75 - 76, 2007/03
Stranski-Krastanov成長により形成したナノ結晶は、平衡状態にはなく、アニールすることで構造変化を起こす。この構造変化は、ナノ結晶間の化学ポテンシャルの違いによって引き起こされる。格子不整合を持つ基板とナノ結晶との組合せでは、化学ポテンシャルの違いは、格子ひずみの寄与も含む。本論文では、格子ひずみに敏感なその場X線回折の測定をもとに、ナノ結晶の構造変化を議論する。実験はSPring-8の原子力機構ビームラインBL11XUで行った。X線回折計と分子線エピタキシー装置とを組合せ、アニール中の格子ひずみの変化とナノ結晶の高さの変化とを測定した。観測された構造変化は、430
Cから480Cの間で変化させた基板温度によって、顕著な違いを示した。アニールによる構造変化の過程では、連続的にInAsを成長させた場合と同様、熱的に励起される合金化がひずみエネルギーの緩和に主要な役割を果たしていると考えられる。
高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 32(1), p.209 - 214, 2007/03
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。
高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 4, p.426 - 430, 2006/04
InAs/GaAs(001)ナノドットの分子線エピタキシャル成長をモニターする方法を考案した。シンクロトロン放射光と二次元検出器との組合せにより、逆格子空間内でのX線強度マッピングを成長中に毎フレーム9.6秒の速度で測定することができた。この手法は、ナノドット内部のひずみ分布と、高さの情報をその場・リアルタイムで与えるものである。X線の使用は、大気圧下でも妨げられることがない。そのため、この手法は、気相成長などの産業応用にも適している。
monitoring of internal strain and height of InAs nanoislands grown on GaAs(001)高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
Applied Physics Letters, 88(10), p.101917_1 - 101917_3, 2006/03
被引用回数：17 パーセンタイル：53.14(Physics, Applied)InAs/GaAs(001)ナノ結晶の分子線エピタキシャル成長をモニターする手法を開発した。シンクロトロン放射光の利用により、逆格子空間内でのX線強度マッピングが成長中に測定できた。Stranski-Krastanov成長したナノ結晶の内部のひずみ分布・高さが時間分解能9.6秒で追跡できた。ナノ結晶内部のひずみ緩和の過程は、成長温度に大きく依存することを示す。
高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
no journal, ,
放射光X線回折法により、GaAs(001)上に成長するInAsナノアイランドの高さ及び内部の格子定数分布の変化をリアルタイムで調べた。実験を行った放射光施設SPring-8の実験ステーションBL11XUには、MBE真空槽と一体化したX線回折計が設置されている。われわれは、この装置と二次元X線検出器を組合せ、ナノ構造の成長をリアルタイムでモニターする手法を開発した。本研究ではこの手法を、連続的なInAsの成長に応用し、基板温度による格子ひずみ緩和過程の違いに注目した。1.8ML程度の臨界膜厚を超えると、緩和した三次元島に由来する回折強度が出現し、同時に高さが増えはじめる。ナノアイランドの高さは、いったん飽和する挙動を示したのち、3ML程度で再び増加に転じる。このとき、格子定数分布には、InAsの固有の格子定数に近い位置で新たなピークが発達しはじめており、二つの極大を持つような分布へと変化している。この一連の変化は、三次元島の形成・島のサイズの自己制限・ミスフィット転移の発生という格子ひずみに起因する各種現象に対応している。一方、基板温度480Cにおける成長では、格子定数分布の時間変化が大きく異なる挙動を示した。高い成長温度ではさらにひずみの緩和に合金化も関与しているためと解釈できる。
高橋 正光; 海津 利行
no journal, ,
半導体ナノ構造成長のモニター手法として、界面構造にも感度があるX線分析に対する期待は大きい。近年、X線回折強度の逆格子空間内での分布を測定することで、ナノドットの三次元形状や、格子定数分布、さらには組成分布を求めることも行われている。われわれは、これらのX線評価技術を、成長中のその場・リアルタイム測定に使えるように迅速化することを目指して研究を進めてきた。実験は、放射光施設SPring-8のBL11XUに設置した、X線回折計とMBE成長槽とを一体化した装置を用いておこなっている。この装置とX線CCD検出器を組合せることで、半導体ナノ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。本講演では、量子ドットレーザーへの応用が考えられているGaAs(001)基板上のInAsナノドットの分子線エピタキシー成長を対象とする。その成長中に、ドット内の格子定数分布・ドットの高さ・In-Ga組成分布が変化していくようすを、リアルタイムX線回折の手法によって測定できることを示す。
高橋 正光; 海津 利行; 水木 純一郎
no journal, ,
分子線エピタキシャル法は、原子レベルで制御された結晶成長を実現する代表的な手法であり、半導体ナノ構造の作製においても重要な役割を果たす。近年、半導体ナノ構造は、多層膜構造を基本とする量子井戸構造から、量子細線・量子ドット構造へと低次元化が進んでいる。これらはもはや平面的な膜構造ではなく、三次元的な構造であるため、平均膜厚・界面ラフネスなどの測定にとどまらない新しい構造評価法が必要とされている。シンクロトロン放射光を用いたX線回折法は、静的な構造評価法として、半導体表面構造のほか、量子ドットなどの三次元的な形状・ひずみ分布の決定に用いられるようになってきている。われわれは、これらの手法をもとに、半導体ナノ構造成長中のその場・リアルタイムX線測定を実現するため、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た研究を進めている。本講演では、従来の方法ではその場測定が難しい、ナノ構造の実空間における形状・格子定数分布及び組成について、GaAs上のInAs成長,Sbで覆われたGaAs(001)表面を例に、放射光X線回折による研究を紹介する。
