有機金属気相成長によるワイドギャップ化合物半導体の原子層エピタキシ-の研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01460071
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 尾鍋 研太郎 東京大学, 工学部, 助教授 (50204227)
• 研究分担者: 近藤 高志 東京大学, 工学部, 助手 (60205557) ; 深津 晋 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (60199164) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286) ; 伊藤 良一 東京大学, 工学部, 教授 (40133102)
• キーワード: 有機金属気相成長法 / ワイドギャップ化合物半導体 / 原子層エピタキシ- / 窒化ガリウム / ガリウム砒素燐 / 結晶構造変換 / 可視光発光材料

研究概要

本年度は、GaAsP系量子井戸および立方晶GaNに関して結晶成長および材料評価を進め、結晶成長上の特性および材料物性について新知見を得た。
1.GaAs/GaAsPヘテロ構造に基づく歪み量子井戸構造および歪み障壁量子井戸構造を作製し、フォトルミネッセンス、赤外反射分光およびフォトリフレクタンスによる光学的評価より、ヘテル界面におけるバンド不連続値の決定を行った。これにより、バンド不連続値の混晶組成比および歪み依存性が明らかになった。
2.GaAsP/GaPヘテロ構造に基づく歪み多重量子井戸構造を作製し、フォトリフレクタンスによる光学的評価より、ヘテル界面におけるバンド不連続値の決定を行った。これにより量子井戸構造が第1型に属するものであることが明らかになった。またフォトルミネッセンスによる評価より、間接遷移に基づく発光を観測した。
3.GaN結晶成長のV族(N)原料ガスとして、ジメチルヒドラジンを用いてサファイアおよびGaAs結晶基板上への成長を行い、従来のアンモニア使用に比較して、低温かつ高効率の結晶成長条件を確立した。
GaAs上へのGaN結晶成長においては、従来より完全性の高い立方晶結晶を厚さ1μmにわたり得ることに成功し、当初の目的であった「結晶構造変換へテロエピタキシ-」を基本的に実証した。さらに、X線回析およびラマン分光法による詳細な構造的評価を進め、立方晶GaNの構造的特性について明らかにした。また光学的・電気的評価より立方晶GaNのバンドギャップ、n型およびp型導電特性について明らかにした。
今後は、GaAsP系量子井戸および立方晶GaNに関するこれらの新知見に基づいて、材料作製の方法にさらに高度の改良を加えるとともに、可視光領域の発光特性・非線形光学的特性の評価、およびフォトニックデバイスへの応用への検討を進める計画である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miura,K.Onabe,X.Zhang,Y.Nitta,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Compositional Latching in GaAs_<1ーx>P_x/GaAs Metalorganic" Japanese Journal of Applied Physics. 30. L664-L667 (1991)
• [文献書誌] X.Zhang,K.Onabe,Y.Nitta,B.P.Zhang,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Dependence of Band Offsets on Elastic Strain in GaAs/GaAs_<1ーx>P_x StrainedーLayer Single Quantum Wells" Japanese Journal of Applied Physics. 30. L1631-L1634 (1991)
• [文献書誌] Y.Nitta,K.Onabe,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "StructuralーTransformation Heteroepitaxy of GaN on GaAs by MOVPE" Tenth Record of Alloy Semiconductor Physics and Electronics Symposium. 10. 173-180 (1991)
• [文献書誌] X.Zhang,K.Onabe,Y.Nitta,B.P.Zhang,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Optical Characterization of BandーEdge Discontinuities in GaAs/GaAs_<1ーx>P_x StrainedーLayer Quantum Wells" Tenth Record of Alloy Semiconductor Physics and Electronics Symposium. 10. 343-350 (1991)
• [文献書誌] X.Zhang,K.Onabe,Y.Nitta,B.P.Zhang,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Optical Character ization of BandーEdge LineーUps in GaAs/GaAs_<1ーx>P_x StrainedーLayer Quantum Wells" Surface Science. (1992)
• [文献書誌] 張 雄,尾鍋 研太郎,深津 晋,白木 靖寛,伊藤 良一: "GaAs/GaAsP歪み量子井戸の作製とその物性" 電子情報通信学会研究会論文誌. ED91ー111. 13-18 (1991)
• [文献書誌] 尾鍋 研太郎 他(分担執筆): "先端デバイス材料ハンドブック" オ-ム社, (1992)