2006 Fiscal Year Annual Research Report
ヘテロ残留線反射と全反射減衰による,ワイドギャップ半導体堆積薄膜の結晶品位評価
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17560024
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
黒田 規敬 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (40005963)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横井 裕之 熊本大学, 自然科学研究科, 助教授 (50358305)
渡邉 純二 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (40281076)
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| Keywords | GaN / ZnO / ZnMgO / 薄膜 / 斜入射赤外反射 / 結晶品位 / シート電子密度 |
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| Research Abstract |
LEDまたはLDのために作成されたGaNとZnOの薄膜結晶におけるヘテロ残留線の斜入射赤外反射スペクトルを実験的に詳しく調査し,得られたデータのシミュレーション解析を行ってそれらの結晶の品質を評価した.GaNはMOCVDによりサファイア基板上に,またZnO結晶はMBEおよびCDVによってサファイアまたは石英基板上に堆積成長させたものである.
昨年度までの研究よりGaN結晶がサファイア基板との界面近くで格子不整ひずみを伴っており,そのひずみが膜厚方向で大きく傾斜していることが定量的に明らかになった.さらにこの傾斜性が直径2インチのディスクの中心部と周辺部とで異なることが示唆されていた.本年度はこの傾斜性の場所依存性を詳しく調査して格子不整ひずみの度合いと深度のマッピングを明らかにした.
他方,MBE成長のZnOでは結晶の格子不整ひずみは膜内でほとんど傾斜していないが,厚さが0.5μm程度の薄い膜では膜全体にほぼ一様に強いひずみを受けていることが明らかになった.その上,膜厚を問わずキャリア電子がサファイア基板との界面近くの狭い層に閉じ込められているらしいこともプラズモンの性質より分かった.さらに本年度はx<0.5のZn_<1-x>Mg_xO/ZnO/Sapphireについても同様の調査を行い,Zn_<1-x>Mg_xO層とZnO層の界面にも縮退電子層が形成されていることを見出した.縮退電子層が高い易動度を持つことがHall測定より示唆されることより,高易動度トランジスタデバイスヘの応用が提案されており,今回のわれわれの結果はHall測定の結果を支持するものである.このような性質と対照的に,ZnOをCVD成長させるとモフォロジーが一変し,メソスコピックな島状結晶が得られる.しかもc軸の値が0.001nmだけ異なるポリタイプが現れる.顕微赤外反射特性を調査した結果,新しいポリタイプはこれまでに知られているウルツ鉱結晶での値よりもおよそ4%高い赤外屈折率を示すことが判明した.
これらの成果は次ページに記載の原著論文に加えて,第67回応用物理学会学術講演会(平成18年秋季)において2件の講演で発表し(講演予稿集No.1,30a-C-4,30p-ZE-18),また日本物理学会2007年春季大会で1件発表した(日本物理学会講演概要集62巻1号,18pZB9)その他,日本金属学会九州支部日本鉄鋼協会九州支部平成18年度合同学術講演会,第21回熊本県産学官技術交流会等においても多数の講演発表を行った.
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