窒化アルミインジウムガリウム砒素の五元混晶成長と光電子集積回路実現への基礎検討

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650358
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: 淀 徳男 大阪工業大学, 工学部, 助教授 (70288752)
• Keywords: Si基板 / 窒化物混晶 / InN / ECRプラズマ / PL発光 / 六方晶 / 立方晶

Research Abstract

本年度は良質なAlGaInAsN/Siの窒化物五元混昂を作製する為の前準備段階として、InN/Si、InNAs/Si、InGaNAs/Si等のSi基板上にInを含有した二元、三元、四元系の窒化物混晶成長において薄膜の結晶性向上のための基礎的検討を開始し、その問題点を洗い出した。この結果、わかったことはInを含む窒化物系半導体の混晶結晶成長では基本的に高温成長できない為に、Inの含有量を増加するにつれ薄膜自体の結晶性が大幅に悪化してしまうという致命的な問題点が明らかになった。また文献調査の結果、InNの二元混晶系でさえ8.5K以下の極低温下においてもPL発光が全く観測されていないことが明らかとなり、窒化物五兀混晶系の探索研究以前にこれらの問題点をまず解決することが先決であると判断した。この為、まずSi.基板上にInNの結晶成長条件の最適化を急逮検討した。その結果、250℃の低温でバッファ層を10nm作製した後、500℃で成長することと、この時ECRプラズマ種からのプラズマ発光線の強度を従来より2倍強くしたプラズマ条件下で成膜することによって世界で初めて立方晶系と六方晶系のInNからと考えられたPL発光線を極低温下から100Kまでの広い測定温度域に渡って観測することに成功した。また、立方晶InNと六方晶InNの晶系制御は成長直前にSi基板の窒化処理を行った場合には六方晶InNが主体的に成長するのに対し、窒化処理を行わない場合には立方晶InNが主体的な成長が起こり、成長直前の基板窒化条件に大きく左右されていることも明らかとなった。現在、さらにこれらの結晶系の結晶性を改善するための手段として高温赤外線炉の導入も行い、膜質向上に向けた検討を開始し始めた。

Research Products

• [Publications] T.Yodo, H.Ando, Y.Harada, M.Yoshimoto: "Characterization of As-doped GaN heteroepitaxial layers gitwn on Si(001) and Si(111) substrates by molecular beam epitaxy assisted by election cyclotion resonance"Exteiided Abstracts ofthe 20th Electric Materials Symposium. 20・6. 199-202 (2001)
• [Publications] T.Yodo, H.Ando, D.Nosei, Y.Harada, M.Tamura: "Investigation of initial Growth Process for GaN Heteroepitaxial Layers Grown Si(001) and Si(111) Substrates by ECR-assisted MBE"The Thirteeth International Conference on Crystal Growth, ICCG-13/ICVGE-11 Abstracts. 02a-SB2-16. 309-309 (2001)
• [Publications] I.YODO, HANDO, D.NOSEI, Y.HARADA: "Growth and Characterization of InN Heteroepitaxial Layers Grown on Si Substiates by ECR-Assisted MBE"The Fourih Intemation Conference on Nitride Semiconductors, Denver, Proceedings of the Fourth International Conference on Nitride Semiconductors. P22.13. 83-84 (2001)
• [Publications] T.Yodo, H.Ando, H.Tsuchiya, D.Nosei, M.Shimeno, Y.Harada: "Influence of substate nitridation before growth on initial growth process of GaN heteroepitaxial layers grown on Si(001) and Si(111) substrates by ECR-MBE"J. Ctyst Giowth. Vol.227-228. 431-436 (2001)
• [Publications] Tokuo Yodo, Hironori Ando, Daiki Nosei, Jyunya Seko, Kentarou Sakai, Masakazu Shimeno, Yoshiyuki Harada: "Mutual lnfluence among InertNitrogen Molecules, Nitrogen Radical Aionis, Nitrogen Radical Molecules and Nitrogen Molecular Ions on Growth Process and Crystal Sinicture of GaN Hetemepitaxial Layers Grown on Si(001) and Si(111) Substrattes by Molecular-Beam Ephaxy Assisted by Electxon Cyclotron Reasonance"J. Ctyst Giowth. Vol.233. 22-33 (2001)
• [Publications] T.Yodo, H.Ando, D.Nosei, Y.Harada: "Growth and Characterization of InN Heteroepitaxia Layers Grown on Si Substrates by ECR-Assisted MBE"phys. state. sol.. (b)228・1. 21-26 (2001)