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Phase-field mobility for crystal growth rates in undercooled silicates, SiO$$_2$$ and GeO$$_2$$ liquids

河口 宗道; 宇埜 正美*

Journal of Crystal Growth, 585, p.126590_1 - 126590_7, 2022/05

過冷却ケイ酸塩,SiO$$_2$$,GeO$$_2$$融液中の11種類の酸化物または混合酸化物の結晶化におけるフェーズフィールド易動度$$L$$と結晶成長速度をフェーズフィールドモデル(PFM)を用いて計算し、$$L$$の物質依存性を議論した。実験の結晶成長速度と$$L=1$$のPFMシミュレーションから得られた結晶成長速度の比は、両対数プロットで結晶成長における固液界面プロセスの$$frac{TDelta T}{eta}$$のべき乗に比例した。また$$L=A(frac{k_{B}TDelta T}{6pi^{2}lambda^{3}eta T_{m} })^{B}$$のパラメータ$$A$$$$B$$$$A=6.7times 10^{-6}-2.6$$m$$^4$$J$$^{-1}$$s$$^{-1}$$,$$B=0.65-1.3$$であり、材料に固有の値であることが分かった。決定された$$L$$を用いたPFMシミュレーションにより、実験の結晶成長速度を定量的に再現することができた。$$A$$$$T_{m}$$における単位酸素モル質量あたりの陽イオンモル質量の平均の拡散係数と両対数グラフで比例関係にある。$$B$$は化合物中の酸素モル質量あたりの陽イオンのモル質量の総和$$frac{Sigma_{i}M_{i}}{M_{O}}$$に依存する。$$frac{Sigma_{i}M_{i}}{M_{O}}leq 25$$では、陽イオンのモル質量が大きくなるにつれて$$B$$は小さくなる。陽イオンのモル質量は陽イオンの移動の慣性抵抗に比例するため、$$B$$は陽イオンのモル質量の逆数で減少する。$$frac{Sigma_{i}M_{i}}{M_{O}}geq 25$$の重い陽イオンのケイ酸塩の結晶化では、$$B$$は約$$0.67$$で飽和し、$$T_{p}approx 0.9T_{m}$$となる。


${it In situ}$ 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:32.67(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).


Unique surface structure formation on a Ge-covered Si(110)-16$$times$$2 surface

横山 有太*; 魚住 雄輝; 朝岡 秀人

Journal of Crystal Growth, 405, p.35 - 38, 2014/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.09(Crystallography)



Direct stress measurement of Si(111) 7$$times$$7 reconstruction

朝岡 秀人; 山崎 竜也; 横山 有太; 山口 憲司

Journal of Crystal Growth, 378, p.37 - 40, 2013/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:33.92(Crystallography)



Change of Si(110) reconstructed structure by Ge nanocluster formation

横山 有太; 山崎 竜也; 朝岡 秀人

Journal of Crystal Growth, 378, p.230 - 232, 2013/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.59(Crystallography)



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:44.93(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.


Quantitative monitoring of InAs quantum dot growth using X-ray diffraction

高橋 正光

Journal of Crystal Growth, 401, p.372 - 375, 2013/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.22(Crystallography)

The high controllability of molecular-beam epitaxy (MBE) for the growth of nanostructures relies on the use of a monitoring technique, which is reflection-high energy electron diffraction (RHEED) in a typical MBE system. Even sub-monolayer control of the thickness of quantum well structures is achievable using the RHEED oscillation. However, as the semiconductor nanostructures are diversified into lower-dimensional structures including quantum wires and dots, more sophisticated monitoring techniques has become required for full characterization of the nanostructures beyond the thickness of two-dimensional layered structures. In this work, we present in situ X-ray diffraction techniques enabling growth monitoring of a wide variety of low-dimensional structures on the basis of the MBE system combined with an X-ray difftactometer developed at a synchrotron beamline, 11XU, at SPring-8.


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:18 パーセンタイル:82.54(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。


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

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:71.69(Crystallography)



Hydrothermal-method-grown ZnO single crystal as fast EUV scintillator for future lithography

中里 智治*; 古川 裕介*; 田中 桃子; 巽 敏博*; 錦野 将元; 山谷 寛*; 永島 圭介; 木村 豊秋*; 村上 英利*; 斎藤 繁喜*; et al.

Journal of Crystal Growth, 311(3), p.875 - 877, 2009/01

 被引用回数:24 パーセンタイル:87.23(Crystallography)

水熱合成法により成長させた酸化亜鉛の、ニッケル様銀X線レーザー励起による発光の温度依存性を評価した。室温では発光のピーク386nm, 半値全幅15nmであったが、結晶の温度を25Kまで冷却するにつれて発光は短波長シフトし、波長幅も狭くなった。105Kでのストリーク像は寿命0.88nsと2.7nsの2成分で表すことができた。この発光寿命はリソグラフィーに関連した応用研究に用いるのに適切であり、ナノ秒程度の時間幅を持つレーザープラズマEUV光源の評価を行うのに十分な時間スケールである。


In situ determination of Sb distribution in Sb/GaAs(001) layer for high-density InAs quantum dot growth

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:8 パーセンタイル:62.74(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。


Solid-phase grain growth of In$$_{2}$$O$$_{3}$$ at high pressures and temperatures

齋藤 寛之; 内海 渉; 青木 勝敏

Journal of Crystal Growth, 310(7-9), p.2295 - 2297, 2008/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:62.74(Crystallography)

We determined the pressure-temperature diagram at pressures up to 10 GPa and temperatures of 20-2000 $$^{circ}$$C by in situ X-ray diffraction measurement. The decomposition temperature rose from 1250 to 1700 $$^{circ}$$C as the pressure increased from 2.0 to 4.0 GPa. It remained at about 1700 $$^{circ}$$C at higher pressures. The cubic structure transformed into a rhombohedral corundum structure at 4.0 GPa and 1600 $$^{circ}$$C. The phase boundary had a slightly negative slope and its extrapolation provided an estimated transition pressure of 12 GPa at room temperature. Rapid grain growth was observed near the phase boundary in the rhombohedral region at temperatures around 1000 $$^{circ}$$C still sufficiently below the decomposition temperature. The single crystals of the high-pressure rhombohedral phase were recovered at ambient conditions. The size of the chunk crystals was about 100 $$mu$$m.


Decomposition of InN at high pressures and temperatures and its thermal instability at ambient conditions

齋藤 寛之; 内海 渉; 青木 勝敏

Journal of Crystal Growth, 310(2), p.473 - 476, 2008/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:72.11(Crystallography)

The pressure-temperature relation was determined for the decomposition reaction of InN for a pressure range of 6.7-10.0 GPa and a temperature range of 890-1070 K. The decomposition ${it p-T}$ relation was used to calculate the standard enthalpy of formation of InN at 0.1 MPa and 298 K as -36.3 kJ/mol. Furthermore, this ${it p-T}$ relation was used to estimate the decomposition temperature at ambient pressure as 204 K, which is significantly lower than those previously estimated from the decomposition data obtained at relatively low pressures and temperatures, but this value does agree with those determined by calorimetric methods. Moreover, solid InN was confirmed to be metastable under ambient conditions.


Quantitative structure determination of GaAs(001) under typical MBE conditions using synchrotron X-ray diffraction

高橋 正光; 水木 純一郎

Journal of Crystal Growth, 301-302, p.16 - 21, 2007/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.82(Crystallography)



Modification of InAs quantum dot structure during annealing

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:78.37(Crystallography)



The Phase and crystal-growth study of group-III nitrides in a 2000$$^{circ}$$C at 20 GPa region

齋藤 寛之; 内海 渉; 金子 洋; 青木 勝敏

Journal of Crystal Growth, 300(1), p.26 - 31, 2007/03

 被引用回数:16 パーセンタイル:82.23(Crystallography)

大容量高圧プレスを用いたIII族窒化物の結晶育成を行っている。オプトエレクトロニクスや高出力・高周波動作半導体デバイス開発のキー物質であるIII族窒化物は、常圧で加熱すると融解に達する前に分解してしまう。このため、そのバルク結晶をブリッジマン法などの一般的な結晶成長方法によって作製することは困難である。高圧をかけることでこの分解を抑制し、メルトから結晶を育成できるようになることが予想される。高圧法を用いたGaN, Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$Nの結晶成長と、InNの高温高圧下での相安定性について報告する。


Formation and growth of ice XI; A Powder neutron diffraction study

深澤 裕; 星川 晃範; 山内 宏樹; 山口 泰男*; 石井 慶信

Journal of Crystal Growth, 282(1-2), p.251 - 259, 2005/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:81.88(Crystallography)

水素(重水素)原子の配置が秩序化したIce XIと呼ばれる氷結晶の形成と成長過程を調べるために、KODを含有したD$$_{2}$$Oの粉末氷中性子回折プロファイルを測定した。測定中、氷の温度は相転移点76Kより十分に低い57Kで約17時間維持し、さらに温度を上げて68Kで55時間程度アニールした。57Kで得られた中性子回折プロファイルは時間によらず一定で、水素(重水素)の配置が無秩序であるIce Ihの回折プロファイルと同じであった。一方、57Kから68Kに温度を上げることで回折プロファイルが変化することを発見した。そこで、68KにおけるIce XIの出現と成長の構造的証拠を得るために二相モデルを用いたリートベルド解析を実施した。その解析から、Ice XIは空間群Cmc21の構造を有していることがわかった。さらに、Ice XIの核が68Kで発生し、その質量比は時間の経過に伴って増加することが見いだされた。そして、Ice XIの核生成はKODを含有した氷の内部で数日間にわたって継続した。本研究により、未だ不明な点が多いIce XIの生成条件と成長過程の分析が初めて可能になった。


Time-resolved X-ray diffraction study on surface structure and morphology during molecular beam epitaxy growth

高橋 正光; 米田 安宏; 井上 博胤*; 山本 直昌*; 水木 純一郎

Journal of Crystal Growth, 251(1-4), p.51 - 55, 2003/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:22.72(Crystallography)



Single-crystal growth of silver-lead oxide Ag$$_{5}$$Pb$$_{2}$$O$$_{6}$$ from fused nitrates

阿部 英樹*; Ye, J.*; 今井 基晴*; 吉井 賢資; 松下 明行*; 北澤 英明*

Journal of Crystal Growth, 241(3), p.347 - 351, 2002/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:59.83(Crystallography)



Characterization of epitaxial TiO$$_{2}$$ films prepared by pulsed laser deposition

山本 春也; 住田 泰史; 八巻 徹也; 宮下 敦巳; 楢本 洋

Journal of Crystal Growth, 237-239(Part1), p.569 - 573, 2002/04

二酸化チタン(TiO$$_{2}$$)は優れた光触媒材料であり、触媒特性の大幅な向上にはルチル及びアナターゼ構造の高品質なエピタキシャル膜の作製が必要とされている。本研究では、レーザ蒸着法によりTiO$$_{2}$$のエピタキシャル成長を試み、種々の基板と膜との結晶方位関係,基板温度と膜の結晶性の関係を明らかにすることを目的とした。TiO$$_{2}$$薄膜試料は、低圧酸素雰囲気下でエキシマレーザ(ArF 193nm)を用いたレーザ蒸着法によりLaAlO$$_{3}$$,LSAT,SrTiO$$_{3}$$,YSZ, $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$などの単結晶基板上に約200nmの膜厚で作製した。TiO$$_{2}$$薄膜は、X線回折とラザフォード後方散乱/チャネリング法により構造評価を行った。その結果、基板温度が約500$$^{circ}$$C以上でアナターゼ構造の高品質なエピタキシャルTiO$$_{2}$$(001)膜がLaAlO$$_{3}$$(001), LSAT(001), SrTiO$$_{3}$$(001)基板上に得られ、また、$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)及び(01-01)基板上には各々ルチル構造のTiO$$_{2}$$(100)及びTiO$$_{2}$$(001)膜が得られた。さらに光学的バンドギャップを評価し、アナターゼTiO$$_{2}$$(001)膜で3.22eV,ルチルTiO$$_{2}$$(100)膜で3.11eVの値を得た。

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