2013 Fiscal Year Annual Research Report
In系窒化物混晶半導体材料に関する結晶成長基盤技術の高度化
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25706020
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
山口 智広 工学院大学, 工学部, 准教授 (50454517)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / MBE、エピタキシャル / 電子・電気材料 / 半導体物性 |
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| Research Abstract |
本研究では、高品質In系窒化物混晶半導体結晶を再現性良く得るための結晶成長メカニズムの解明および制御を行い、結晶成長基盤技術の高度化を図ることを研究目的としている。具体的な目標として、申請者が確立した分子線エピタキシー（MBE）法を用いた再現性の高い高品質InN結晶成長手法（DERI法）を主として用い、長波長系光デバイス構造製作に必須となる高In組成InGaN(In組成20%以上)材料に対する高品質InGaN成長技術の確立、p型ドーピング制御技術の確立、及び、表面バンド構造制御技術の確立を掲げている。
今年度は、In組成20％の高品質InGaN結晶製作に焦点を当てて研究を行った。DERI成長モードでは、成長時に結晶表面に溜まる過剰原子を膜中にうまく取り込ませることを特徴としているが、過剰原子の取り込み過程に加えて、脱離過程を加味しながらInGaN薄膜の成長高温化を図った。従来に比べた高温成長においても、反射高速電子線回折（RHEED）によるその場観察技術を活かすことにより、DERI特有の成長モードによる結晶製作は可能であり、結晶表面の平坦性は保ちつつ相分離のないInGaN結晶の製作に成功した。また、p型InGaN薄膜の製作も行い、GaNテンプレート上へのpn-InGaN(In組成20 %程度)構造の製作に成功した。pn-InGaNのLED構造からは、リーク電流は多いものの、波長500 nm付近からの明瞭な青緑色発光を確認した。また、InNおよび高In組成InGaN結晶表面に存在すると考えられる表面バンドベンディングの評価手法として、角度分解X線光電子分光（AR-XPS）法の有効性についての検証も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の検討課題であった脱離過程を加味したInGaNの成長高温化を実施した。成長高温化は、結晶の３次元成長や混晶の相分離を容易に引き起こすが、その場観察技術を活かすことにより、結晶表面の平坦性は保ちつつ相分離のないInGaN結晶の製作に成功することができた。
それにより、当初検討課題には設定していなかったpn-InGaNのLED構造の製作と評価についても実施することができた。まだまだリーク電流は多いものの、波長500nm付近からの明瞭な青緑色発光を確認することができた。
また、表面バンド構造制御技術を確立するためには、表面バンド構造の評価技術の確立が必要になる。今年度は、その評価手法としてAR-XPS法を用い、同法の表面バンド構造の評価に対する有効性についての検証を行った。
以上のように、今年度は設定した以上の検討を行うことができ、達成度として、当初の計画以上に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、設定した以上の検討として、pn-InGaNのLED構造の製作と評価までを行うことができた。同LED構造には未だ解決すべき問題があるものの明瞭な発光特性を得ることに成功した。これにより、今後の研究において、デバイス応用を考慮に入れた結晶成長メカニズムの解明および制御、また、デバイス特性結果をフィードバックさせることによる新たな結晶成長メカニズムの解明および制御の研究が可能となった。
また、今年度は、AR-XPS法を用い同法の表面バンド構造の評価に対する有効性についての検証を行った。現状として、結晶表面に付着する酸化物の影響により得られる結果が変わっているため本評価手法の有効性を示すには至っていないが、本検討については今後も継続して行っていく予定である。
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