短パルス超音速ビームエピタキシャル法によるIII族窒化物結晶成長とその応用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650374
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN)
• Principal Investigator: 沈 旭強 理化学研究所, 半導体工学研究室, 基礎科学特別研究員 (50272381)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩井 荘八 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (40087474) ; 青柳 克信 理化学研究所, 半導体工学研究室, 主任研究員 (70087469)
• Keywords: 超音速ビーム / GaN / 量子箱 / ガスソースMBE / In-doping / フォートルミネセンス

Research Abstract

短波長発光素子用材料として、III族窒化物半導体が最近、非常に多くの人々の注目を集めている。我々は開発された短パルス超音速ビームエピタキシー(SSBE法)とガスソースMBE(GSMBE法)技術をうまく組み合わせ、GaN量子箱の試作に成功した。
本年度では去年の成果に基づき、更にAlGaN表面上でのGaN量子ドット作製を行い、超音波ビーム技術により原料の表面分解及び光学評価などの研究を進めた。ドットの作製に使われたSiソースはメチルシランを使用した。通常モードでメチルシランを供給の場合、GaN量子ドットが形成されず、表面モホロジーは非常に平坦である。それがメチルシラン分子が低温で熱分解せず、表面にSi原子が存在しないと考えられる。しかし、超音波モードでメチルシランを供給の場合、GaN量子ドットが形成されたことがAFMなどで確認された。それは低温で熱分解しにくいメチルシラン分子が超音波モードで与えられたエネルギーでSiに分解したことと考えられる。それにより、原料の表面分解が超音波ビームによって促進されたことがわかった。また、フオートルミネセンス評価により、GaN量子箱からと思われるPL発光も低温から室温まで観察された。
また、我々はGaN膜をガスソースMBE成長中にInドーピング法を用いてGaN薄膜を作製し、作製したGaN薄膜の室温フォトルミネセンス(PL)発光強度が大幅に増加することを初めて発見した。その手法とは、成長中にInを供給しながら、通常のGaN成長温度でGaN成長を行われるという方法である。作られたGaNサンプルの低温PL特性及び電気特性を調べたところ、Inが供給されなかったサンプルから三つのピーク(3.462eV,3.418eV,3.315eV)が観察され、それぞれバンド端再結合、欠陥及び酸素による誘起、D-A再結合に関連する。しかし、Inが供給して作製されたサンプルから3.418eVと3.315eVのピーク強度が弱くなり、バンド端再結合ピークだけが強くなる。さらに、ホール測定により、室温でのキャリア移動度がInドーピングにより増加することが分かった。それは成長中にInが表面サファクタント効果、あるいは欠陥など非発光センターがIn原子に補償され結晶品質が向上されることと考えられる。

Research Products

• [Publications] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Chemical beam epitaxy of GaN using triethylgallium and ammonia" J.Crystal Growth. 188. 86-91 (1998)
• [Publications] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Real-time observations of the GaN dot formation by controlling growth mode on the AlGaN surface in gas-source molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth. 189/190. 147-152 (1998)
• [Publications] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Drastical change in the GaN film quality by in-situ controlling surface reconstructions in GSMBE" Mat.Res.Soc.Symp.Proc. 482. 223-226 (1998)
• [Publications] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Influences of surface V/III ratio on the film quality during the GaN growth in gas-source molecular beam epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37. L637-639 (1998)
• [Publications] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Enhancement of surface deocomposition using supersonic beam:direct evidence from GaN quantum dot formations on AlGaN surface in gas-source molecular beam epitaxy" J.Crystal Growth,. (in print).
• [Publications] X.O.Shen and Y.Aoyagi: "An approach to achieve intense photoluminescence of GaN" Jpn.J.Appl.Phys.38. L14-16 (1999)