シンクロトロン放射利用の新しいX線回折法による混晶半導体の構造評価

使用同步辐射的新 X 射线衍射方法评估混合晶体半导体的结构

基本信息

批准号：
61214002
负责人：
菊田惺志
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Special Project Research
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-61214002/
关键词：
シンクロトン放射 X線回折法 X線異常分散 X線回折強度曲線混晶半導体

项目摘要

本研究は混晶半導体の構造をX線回析法によって解析することを目的としている。入射X線の波長を原子の吸収端近傍に選べば、異常散乱を生ずる。散乱波は振幅とともに位相も変化し、原子散乱因子に異常分散項が付加する。本研究ではとくにこの異常分散効果を利用した。シンクロトロン放射X線は連続スペクトルをもつので、このような研究に適している。試料として【(InAs)_1】【(GaAs)_1】単原子層超格子結晶と【In_(o.53)】【Ga_(o.47)】As半導体アロイ結晶を用いた。いずれもInp(100)基板上にMOCVD法によりエピタキシャル成長させたものである。実験は高エネルギー物理学研究所放射光実験施設でウィグラービームラインで行なった。分光結晶系でAsとGaのK吸収端近傍の波長のX線をとり出し、試料に入射し、回折強度曲線を測定した。【(InAs)_1】【(GaAs)_1】超格子結晶の場合、(004)反射の回折強度曲線にみられた基板からと超格子層からの反射ピークの積分反射強度を求め、それらの比をとった。一方、動力学的回折理論にもとづく計算から積分反射強度の比を得て、実験値と比較した。その結果、(100)原子面についてみると、In-AsとGa-Asの結合長のちがいにより、As原子面は仮想結晶における位置からGa原子面の方へ0.09【A!゜】だけずれていることが解析された。この値は理論値0.12【A!゜】にかなり近い。【In_(0.53)】【Ga_(0.47)】Asアロイ結晶の場合、(004)反射のほかに、(002)、(006)の準禁制反射などに調べた。5umの厚さにわたって深さ方向に、結晶成長条件に影響されたかなりの組成変動がみられた。表面に平行な数個の層に分かれた構造をもち、各層には△d/dに1×【10^(-3)】ていどの差があった。本研究を通じて、異常分散を利用したX線回折法は、結晶評価に有効であることがわかった。

本研究的目的是利用 X 射线衍射分析混合晶体半导体的结构。如果入射X射线的波长选择在原子吸收边附近，就会发生反常散射。散射波的相位和振幅都发生变化，并且反常色散项被添加到原子散射因子中。在这项研究中，我们特别利用了这种反常色散效应。同步辐射 X 射线具有连续光谱，使其适合此类研究。使用[(InAs)_1][(GaAs)_1]单原子层超晶格晶体和[In_(o.53)][Ga_(o.47)]As半导体合金晶体作为样品。两者均采用 MOCVD 方法在 Inp(100) 衬底上外延生长。该实验是在高能物理研究所同步辐射实验装置的威格勒光束线上进行的。使用分光晶体系统提取波长接近As和Ga的K吸收端的X射线，入射到样品上，并测量衍射强度曲线。 [(InAs)_1] [(GaAs)_1] 在超晶格晶体的情况下，确定在(004)反射的衍射强度曲线中观察到的来自衬底和来自超晶格层的反射峰的积分反射强度，并且他们的比例是我计算出来的。另一方面，根据动态衍射理论计算得到积分反射强度比，并与实验值进行比较。结果，对于(100)原子面，由于In-As和Ga-As之间的键长差异，As原子面从其在虚拟晶体中的位置向Ga移动了0.09[A!゜]。据分析，存在一个原子平面。这个值非常接近理论值0.12[A!゜]。对于[In_(0.53)][Ga_(0.47)]As合金晶体，我们不仅研究了(004)反射，还研究了(002)和(006)准禁止反射。在 5 微米厚度的深度方向上观察到显着的成分变化，这受到晶体生长条件的影响。它具有平行于表面分为数层的结构，每层的△d/d之差约为1×[10^(-3)]。通过这项研究，我们发现使用反常色散的 X 射线衍射对于晶体评估是有效的。