ガドリニウム添加窒化アルミニウムを用いた新規紫外光発光デバイスの作製

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19360148
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 鈴木 彰 Ritsumeikan University, 総合理工学研究機構, 教授 (10111931)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 努 立命館大学, 理工学部, 准教授 (20312126) ; 江村 修一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (90127192) ; 園田 早紀 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 講師 (30397690)
• Keywords: ワイドギャップ半導体 / 窒化アルミニウム / ガドリニウム / 希土類 / MBE成長法 / スパッタ製膜法 / 紫外発光 / 内殻遷移

Research Abstract

1.薄膜成長:新規購入の小型RFスパッタ装置で、Si(111)基板上に、Arと窒素の1:1混合ガスとGd添加のA1ターゲット(Gd比率:0.5、5重量%)を用いた反応性スパッタにより、Gd添加AIN薄膜を作製した。RF出力:100〜200W、基板温度:室温〜300℃の範囲で作製を行い、最大0.7μm/hrの製膜速度を得た。MBE法によるSi(111)基板上へのAIN膜成長においては、新たに赤外光基板加熱方式を採用し、新規購入のSi用パイロメータで基板温度を直接測定した。AlクヌーセンセルとRF励起窒素セルを用い、基板温度950℃で0.35μm/hrの成長速度でAIN膜を得た。
2.薄膜構造解析・光物性測定:Gd添加AlNスパッタ膜の結晶性をXRDで、表面形態をSEMと光顕で、組成をEPMAで、紫外発光をCLで調べた。2cm×2cmの基板全面上に鏡面薄膜が得られた。ただし、Gd5%のターゲットを用いた厚膜では全面に微小クラックが入った。300℃で作製した膜は、Gd濃度に依存して波長約315nmのGd内殻遷移特有の室温紫外発光を示した。XRD測定でAINの回折ピークが見られず、膜は非晶質的であると考えられる。EPMAで得たGd濃度はターゲット中の濃度とほぼ等しかった。MBE法でのAIN膜は、Al/Nビーム比を最適化することで、ほぼ表面平坦な膜を得ることが出来た。XRDでAIN(0002)の回折ピークが得られ、Al極性の(0001)面単結晶膜であった。Gdクヌーセンセルの整備を終え、今後Gd添加を進めていく。
3.技術調査:.2007年秋応物学会、ICSCRM2007、2008年春応物学会で関連技術を調査した。