窒化物系混晶半導体の物性評価と青色半導体レーザの研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455009
• 研究種目: 一般研究(B)
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 酒井 士郎 徳島大学, 工学部, 教授 (20135411)
• キーワード: GaN / GaPN / ワイドギャップ半導体 / 半金属 / 秩序混晶 / 青色発光素子 / 窒化物半導体 / 混晶

研究概要

窒化ガリウム(GaN)など、ワイドギャップ窒化物半導体は緑から紫外にわたる波長領域での発光素子あるいは、高温で動作する電子素子用材料として注目を集めている。本研究では、窒化物半導体(GaN,AlN等)と他のIII-V族半導体(GaAs,GaP)との混晶を取り上げ、それらの成長と物性評価をすることを目的とした。これらの材料は、結晶成長が困難であることからほとんど研究されていない。ところが、この物質は、ワイドギャップ半導体としての興味だけでなく、窒素原子が他のV族原子(As,P等)と比べて非常に大きな電気陰性度を持つため、極めて特殊な性質を持っている。最近の我々の計算では、GaNとGaPの中間の広い組成領域でそのバンドギャプエネルギーが負(半金属)になることが予想され、またそれらのヘテロ接合はいわゆるタイプIII(電子のエネルギー正孔のそれより小さい)となることが分かった。これまでの研究ではGaPにごく近い組成を持つ混晶しか得られていなかった。そこで無秩序混晶の代わりに秩序混晶を成長した。これはGaNとGaPの極薄膜を交互に成長したもので、電子はこれらの層を自由にトンネルするのでマクロスコピックには混晶に近い性質が得られる。原料ガスの交互供給による混晶成長、及びGaP/GaN超格子の作製を行い、結晶を評価した。混晶の組成制御が当初予想していたより困難であることが分かったが、GaNに近い組成を持つGaPNの成長に成功し、波長400-600nmで発光する結晶が、この材料としては初めて得られた。他の材料では達成できない特性を示す可能性があるので、これからの新材料としてさらに研究を進めてゆく予定である。

研究成果

• [文献書誌] Shiro Sakai: "Electronic structure of Ga_<1X>In_XN by the tight-binding method with nearest-neighbor s,p and d and second-neighbor s and p interactions" International Conference on Silicon Carbide and Related Materials-1995. 423-424 (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Growth of Bulk and Thick GaN by Sublimation Method" 1995 Fall Meeting of the MRS, Symposium AAA. (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Homoepitaxial Growth of GaN on Thick GaN Substrates Prepared by Sublimation Method" Topical Workshop on III-V Nitrides. B6- (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "XPS Measurement of Valance Band Discontinuity at GaP/GaN Heterointerfaces" Topical Workshop on III-V Nitrides. F8- (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Electronic Structures of Group III Nitride Alloys calculated by the Tight-Binding Method" Topical Workshop on III-V Nitrides. P2- (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Valence-Band-Edge Energy of Group-III Nitride Alloy Semiconductors" Jpn. J. Appl. Phys.34-No.5A. 2213-2215 (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Electronic Structures of Wurtzite GaN, InN and Their Alloy Ga_<1-X> In_XN Calculated by the Tight-Binding Method" Jpn. J. Appl. Phys.34-No.11. 5912-5921 (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Stimulated Emission from a Photopumped homoepitaxial GaN Grown by MOCVD on Bulk GaN Prepared by Sublimation Method" Proc. of the Topical Workshop on III-V Nitrides. SP-6 (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "MOCVD Growth of InAsN for Infrared Application" Proc. of the Topical Workshop on II-V Nitrides. P-29 (1995)
• [文献書誌] Shiro Sakai: "Photopumped Stimulated Emission from Homoepitaxial GaN Grown on Bulk GaN Prepared by Sublimation Method" Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 35, No.1B. Part2. L77-79 (1996)