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

2002 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: InN / Si基板 / ECRプラズマ / 窒化物混晶 / 六方晶 / 結晶性 / アニール

Research Abstract

本年度は良質なAlGaInAsN/Siの窒化物五元混晶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、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、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おらず、窒化物五元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。まず、Si基板上にInNの結晶成長条件の最適化を検討し、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、成長中のECRプラズマ種からの357nmにピークを持つプラズマ発光線の強度を従来より2倍強くし、かつ391nmにピークを持つ窒素分子イオンからのプラズマ発光線の強度を非常に弱くしたプラズマ条件下で成膜を行うことによって六方晶系InN薄膜の結晶性を大幅に向上させることに成功した。また、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が主体的に成長し、薄膜自体の結晶性も大幅に向上するのに対し、窒化処理を行わない場合には結晶性が悪化し、アモルファス化することも明らかとなった。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によるアニール実験を行った結果、アニール温度の増加によって結晶性が著しく向上することがわかったが、550℃以上の温度での高温アニールでは膜の表面モフォロジーが大幅に悪化することがわかった。これは、InN薄膜表面からのN原子の再蒸発に起因した現象であると考えられる。

Research Products

• [Publications] T.Yodo, T.Hirano, Y.Harada: "Characterization of polycrystalline GaN layers grown on alkali metal-free glass substrates by molecular-beam epitaxy assisted by electron cyclotron resonance plasma"International Conference on Polycrystalline Semiconductors 2002, Extended Abstract. PMO1. 80-80 (2002)
• [Publications] T.Yodo, H.Yona, K.Iwai, N.Toyotomi, Y.Harada: "Growth and characterization of InN heteroepitaxial layers grown on Si(111) substrates by molecular beam epitaxy assisted by electron cyclotron resonance plasma"21th Electronic Materials Symposium, Izu-Nagaoka, Extended Abstracts. B3. 9-12 (2002)
• [Publications] Y.Yodo, T.Hirano, Y.Harada: "Characterization of GaN Layers grown on alkali metal-free glass substrates by molecular-beam epitaxy assisted by electron cyclotron resonance plasma"21th Electronic Materials Symposium, Izu-Nagaoka, Extended Abstracts. B4. 13-16 (2002)
• [Publications] T.Yodo, M.Yamada, M.Araki, N.Enosaki, S.Umasaki, Y.Harada, A.Sasaki, M.Yoshimoto: "Influences of substrate anneal before growth on initial growth process and characteristics for GaN heteroepitaxial layers grown on Si(111) substrates by electron cyclotron resonance plasma-assisted molecular-beam epitaxy"21th Electronic Materials Symposium, Izu-Nagaoka, Extended Abstracts. B14. 37-40 (2002)
• [Publications] T.Yodo, H.Ando, D.Nosei, Y.Harada, M.Tamura: "Investigation of initial growth process for GaN heteroepitaxial layers grown on Si(001) and Si(111) substrates by ECR-assisted MBE"J.Cryst.Growth. 237-239. 1104-1109 (2002)
• [Publications] Tokuo Yode, Hiroaki Yona, Hironori Ando, Daiki Nosei, Yoshiyuki Harada: "Strong bandedge luminescence from InN films grown on Si substrates by electron cyclotron resonance-assisted molecular beam epitaxy"Appl.Phys.Lett.. 80・6. 968-970 (2002)
• [Publications] Masao Tamura, Maximo Lopez-Lopez, Tokuo Yodo: "GaN growth on Si(111) with very thin amorphous SiN layer by ECR plasma-assisted MBE"Superficies y Vacio. 13. 80-88 (2001)
• [Publications] T.Yodo: "ECR-ASSISTED MBE GROWTH OF GaN AND InN ON Si AND THEIR PROPETIES"NITRIDE MATERIALS, FRONTIER SCIENCE RESEARCH CONFERENCES, BUL LETIN of the STEFAN UNIVERSITY, La Jolla, California, FSRC BOOK OF ABSTRACTS. 13・4. 83-88 (2001)
• [Publications] TOKUO YODO: "Characteristics of III-Nitride films Grown by Electron Cyclotron Resonance Plasma-Assisted MBE and its Stoichiometric Control under plasma growth process (invited)"4^<th> Symposium On Non-Stoichiometric III-V Compounds, Asilomar Conference Grounds Pacific Grove, CA, Extended Abstract Book. 28-28 (2002)
• [Publications] TOKUO YODO: "Characteristics of III-Nitride films Grown by Electron Cyclotron Resonance Plasma-Assisted MBE and its Stoichiometric Control under plasma growth process (invited)"4^<th> Symposium On Non-Stoichiometric III-V Compounds, Asilomar Conference Grounds Pacific Grove, CA, Extended Abstract Book. 125-130 (2002)