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半導体量子細線成長における金属触媒の機能の原子レベルでの解明

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 15H01054
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016)
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2015)

研究代表者

高橋 正光  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, グループリーダー(定常) (00354986)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード半導体ナノワイヤ / その場放射光X線回折 / 量子細線 / 量子ビーム / 表面・界面物性 / 結晶成長
研究実績の概要

半導体ナノワイヤは、次世代光・電子デバイスや高効率太陽電池などへの応用可能性とともに、その異方的な形状により、結晶成長の観点からも注目を集めている。半導体量子細線の代表的な成長方法に、金などの金属液滴を触媒としたVapor-Liquid-Solid(VLS)成長がある。この成長において特異的なのは、金属液滴と結晶の界面が成長フロントとなっていることである。このような液体中に誘起された秩序構造は、本質的に乱れを含むこと、および秩序の存在する範囲が自明でないことから、通常おこなわれているような、構造モデルをあらかじめ仮定し、構造最適化する解析方法を適用しにくい。そこで本研究では、放射光施設SPring-8・BL11XUに設置されている化合物半導体成長装置とX線回折計とを一体化した設備を用いて測定したX線CTR(Crystal Truncation Rod)散乱プロファイルのデータに、モデルフリーの構造解析手法であるCTRホログラフィーによる解析を適用することにより、液体/結晶界面の三次元的な電子密度分布を決定した。この結果は、金属液滴を触媒とする量子細線の成長メカニズムの理解に有益であるだけでなく、CTRホログラフィーが固液界面の液体側に形成した不完全な配列構造の解析にも有効であることを示したという意義もある。
半導体ナノワイヤのデバイス応用の観点からは、組成の制御によってバンドギャップを変化させることができるInGaAsナノワイヤの成長が重要である。金触媒を用いたInAsおよびInGaAsナノワイヤ成長のその場X線回折測定により、成長条件の最適化をおこなった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Influence of indium supply on Au-catalyzed InGaAs nanowire growth studied by in situ X-ray diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sasaki and M. Takahasi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 印刷中 ページ: 135-138

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.11.113

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Strain relaxation and compositional separation during growth of InGaAs/GaAs(001)2017

    • 著者名/発表者名
      R. Deki, T. Sasaki and M. Takahasi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 印刷中 ページ: 241-244

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2017.01.028

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ X-ray diffraction of GaAs/MnSb/Ga(In)As heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      P. J. Mousley, C. W. Burrows, M. J. Ashwin, M. Takahasi, T. Sasaki, and G. R. Bell
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi B

      巻: 254 号: 2 ページ: 1600503-1600503

    • DOI

      10.1002/pssb.201600503

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of growth temperature and growth rate on polytypes in gold-catalyzed GaAs nanowires studied by in situ X-ray diffraction2016

    • 著者名/発表者名
      M. Takahasi, M. Kozu, Takuo Sasaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EJ04-04EJ04

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04ej04

    • NAID

      210000146367

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mechanisms Determining the Structure of Gold-Catalyzed GaAs Nanowires Studied by in Situ X-ray Diffraction2015

    • 著者名/発表者名
      M. Takahasi, M. Kozu, T. Sasaki, W. Hu
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 15 号: 10 ページ: 4979-4985

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.5b00915

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 放射光その場X線回折による半導体成長機構の解明2015

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌

      巻: 42 ページ: 201-209

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Atomic order and nucleation at AuGa/GaAs interface studied by in situ X-ray diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      M. Takahasi
    • 学会等名
      Nanowire Week 2017
    • 発表場所
      Scandic Star Hotel & Conference Center (Lund, Sweden)
    • 年月日
      2017-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シンクロトロン放射光を用いた結晶成長プロセス評価2017

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 放射光X線によるGaAsナノワイヤ成長の微視的機構の解明2017

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      日本表面科学会東北・北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      秋田大学(秋田県秋田市)
    • 年月日
      2017-03-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体ナノワイヤ成長における触媒・基板界面構造2017

    • 著者名/発表者名
      高橋正光、佐々木拓生
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会
    • 発表場所
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] SLiT-Jが描く省エネ基盤材料製造プロセスの設計図2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所 共同利用ワークショップ
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化合物半導体結晶成長のその場放射光X線回折2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      日本結晶学会平成28年度年会
    • 発表場所
      茨城県立県民文化センター(茨城県水戸市)
    • 年月日
      2016-11-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Au/GaAs(111)B界面に誘起される原子配列構造2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光、佐々木拓生
    • 学会等名
      第77回秋季応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Strain Relaxation and Phase Separation during Growth of InGaAs/GaAs(001)2016

    • 著者名/発表者名
      R. Deki, T. Sasaki and M. Takahasi
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • 発表場所
      Nagoya Congress Center (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 放射光X線によるエピタキシャル界面形成過程のその場測定2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      第35回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県守山市)
    • 年月日
      2016-07-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In Situ X-Ray Measurement of Changes in Buried Structure during Crystal Growth2016

    • 著者名/発表者名
      M. Takahasi
    • 学会等名
      The 43rd International Symposium on Compound Semiconductor
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] その場X線分析によるナノワイヤ形成機構の解明2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      公益社団法人応用物理学会 結晶工学分科会主催 第144回結晶工学分科会研究会
    • 発表場所
      東京都市大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化合物半導体のMBE成長過程のX線を用いたその場観察2016

    • 著者名/発表者名
      高橋正光
    • 学会等名
      日本学術振興会第161委員会第96回研究会
    • 発表場所
      主婦会館エフプラザ(東京)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X-ray diffraction study of evolution of polytypes in Au-assisted GaAs nanowires2015

    • 著者名/発表者名
      Masamitu Takahasi, Miwa Kozu, Takuo Sasaki
    • 学会等名
      the 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In situ X-ray study on polytypism of Au-seeded GaAs nanowires grown by MBE2015

    • 著者名/発表者名
      Masamitu Takahasi, Miwa Kozu, Takuo Sasaki
    • 学会等名
      5th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures
    • 発表場所
      Lakeshore Hotel, Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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