分子線エピタキシー法による自己形成量子ドット成長のその場時分割X線回折

分子束外延生长自组装量子点的原位时间分辨X射线衍射

基本信息

批准号：
15760014
负责人：
高橋正光
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760014/
关键词：
放射光X線回折 X線逆格子空間マッピング分子線エピタキシー量子ドット InAs GaAs その場リアルタイム測定ガリウムひ素インジウムひ素自己形成量子ドットその場測定時分割測定放射光X線回析逆格子マッピング

项目摘要

本研究を通じて、分子線エピタキシー法によるGaAs基板上のlnGaAs量子ドットの形状・ひずみ・組成の定量分析を可能にし、かつリアルタイムでの評価を可能にする手法として、その場X線回折による方法が考案・実証された。研究成果は以下の三つよりなる。第一に、量子ドットの成長の出発点となるGaAs(001)一(2×4)表面、c(4×4)表面の原子レベルでの構造を、成長条件下でその場X線回折測定することに成功した。(2×4)表面では、従来、室温での測定で確認されていたβ2一(2×4)と呼ばれる構造と、α2一(2×4)と呼ばれる構造とが、実際の成長条件下でも形成していることを実証した。c(4×4)表面では、表面以下第六層目までの原子座標を精密に解析し、Ga-As二量体からなる新しい表面構造モデルが正しいことを確認した。第二に、量子ドットのその場X線逆格子空間マッピングを世界で初めておこなった。この手法の開発により、作成した量子ドットを大気中に取り出すことなく、その場で三次元形状・ひずみ・組成を解析できるようになった。成長段階の異なる量子ドットを比較し、成長の進行にともなって、量子ドットの内部でlnAsとGaAsの合金化が進行していくことを明らかにした。第三に、量子ドット成長中に、時間分解能8秒でX線逆格子空間マッピングする手法を実現した。これにより、量子ドットの形成・As雰囲気下での成長中断・GaA.sによる埋め込みの一連の過程において、量子ドットの形状・ひずみが著しく変化していく様子が明らかとなった。以上により、量子ドット成長過程の動的な構造解析手法が開発された。これは、量子ドットのみならずさまざまな結晶成長過程の研究の可能性を広げるものであり、MBE法によるデバイス作製技術に大きな進展をもたらすことが期待できる。

通过这项研究，我们设计了一种使用原位 X 射线衍射的方法，可以使用分子束外延对 GaAs 基板上的 lnGaAs 量子点的形状、应变和成分进行定量分析，并进行实时评估。・已得到验证。研究成果由以下三部分组成。首先，我们在生长条件下进行了原位 X 射线衍射测量，以确定 GaAs(001) -(2×4) 和 c(4×4) 表面的原子级结构，这是量子点生长成功了。在(2×4)表面上，先前通过室温测量证实的称为β2-(2×4)的结构，以及称为α2-(2×4)的结构，即使在实际生长条件下也是如此。证明它已经形成。对于c(4×4)表面，我们精确分析了表面以下第六层的原子坐标，并证实了由Ga-As二聚体组成的新表面结构模型是正确的。其次，我们在国际上首次进行了量子点的原位X射线倒易空间测绘。这种方法的发展使得现场分析所创建的量子点的三维形状、应变和成分成为可能，而无需将它们带到大气中。通过比较不同生长阶段的量子点，我们发现随着生长的进行，InAs 和 GaAs 的合金化在量子点内部不断进行。第三，我们实现了一种在量子点生长过程中绘制时间分辨率为8秒的X射线倒易空间的方法。这表明量子点的形状和应变在一系列步骤中发生了显着变化：量子点的形成、As气氛中生长的中断以及GaA.s的嵌入。结果，开发了量子点生长过程的动态结构分析方法。这不仅扩大了量子点研究的可能性，还扩大了各种晶体生长工艺的研究可能性，并有望为采用MBE方法的器件制造技术带来重大进展。