負性電子親和力・GaN/AlN超格子による次世代電子エミッターの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555094
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 平松 和政 三重大学, 工学部, 教授 (50165205)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 只友 一行 三菱電線工業(株), フォトニック研究所, 主席研究員(研究職) ; 元垣内 敦司 三重大学, 工学部, 助手 (00303751) ; 三宅 秀人 三重大学, 工学部, 助教授 (70209881)
• Keywords: 窒化ガリウム / ピラミッド構造 / 選択成長 / 有機金属気相成長法 / 電子エミッター / 横方向成長

Research Abstract

本年度は昨年度に得られたピラミッド構造が成長条件特に成長温度や成長圧力で制御できる機構について考察し、ピラミッド構造が先鋭化するための成長条件を検討した。さらに下地基板の高品質化を目指した。
実験はサファイアC面上に3〜4μm厚GaNの成長を行った下地基板上に、窓の直径が5μmのドットパターンのSiO_2マスクを作製したものを基板として用い、減圧MOVPE装置で選択成長を行った。ピラミッド構造の形成について考察するために同様な実験をストライプパターンでも行った。
ピラミッド構造では高い圧力または低い温度で{1-101}ファセットが現われるにのに対して、低い圧力または高い温度では(0001)が現われやすいことがわかった。この結果を考察するために{1120}及び{1100}ストライプパターンを用いて同様な実験を行ったところ、{1-101}ファセットは窒素のポラリティを持っているために低温または高圧で安定な面になるものと考えられる。一方、低い圧力または高い温度では{1101}ファセットが不安定になるため、より安定な(0001)が現われるものと考えられる。
以上の結果から、ピラミッド構造の先鋭化を実現するためには、低い温度または高い圧力で(0001)が現われにくい条件を用いることが必要であると考えられる。
本研究では成長圧力及び成長温度によってファセットを制御できることが明らかになった。この実験結果を横方向成長に応用することでSiO_2マスクを埋め込み低転位密度のGaNエピタキシャル層を得ることにも成功した。これによって電子エミッタ作製用下地基板の高品質化を図ることができた。

Research Products

• [Publications] K.Hiramatsu: "Fabrication and characterization of low defect density GaN using facet-controlled epitaxial lateral overgrowth (FACELO)"Journal of Crystal Growth. Vol.221. 316-326 (2000)
• [Publications] H.Miyake: "Reduction of dislocation density in GaN by Facet controlled ELO"Proc.Int.Workshop on Nitride Semiconductors IPAP Conf.. Series1. 324-327 (2000)
• [Publications] M.Ohnishi: "Effects of Reactor Pressure in MOVPE Growth and Fabrication of GaN Dot Structure using Facet Controlled Technique"Proceedings of the Fifth Symposium on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. (印刷中).