短パルス超音速ビームエピタキシャル法によるIII族窒化物結晶成長とその応用

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650374
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 沈 旭強 理化学研究所, 半導体工学研究室, 基礎科学特別研究員 (50272381)
• 研究分担者: 田中 悟 理化学研究所, 半導体工学研究室, 基礎科学特別研究員 (80281640) ; 岩井 荘八 理化学研究所, レーザー科学研究グループ, 先任研究員 (40087474) ; 青柳 克信 理化学研究所, 半導体工学研究室, 主任研究員 (70087469)
• キーワード: 超音速ビーム / GaN / 量子箱 / RHEED / ガスソースMBE

研究概要

短波長発光素子用材料として、III族窒化物半導体が最近、非常に多くの人々の注目を集めている。この系の物質のバンドギャップが室温でInNの1.9eVからAINの6.2eVと可視光全域、及び近紫外域にわたるため、他のIII-V族化合物では原理的に不可能な波長領域、特に短波長領域のデバイスの実現が可能である。我々はこの材料に注目し、ガスソース分子線エピタキシャル法(GSMBE)で(Al,Ga)Nの成長及び評価を行ってきた。
本年度では、我々はGSMBE法でGaN薄膜を成長と評価した。成長には、固体Ga、アンモニアをそれぞれIII族、V族として使用した。Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED)よる実時間観察を行い、成長中に(1x1)と(2x2)の2種類のRHEEDパターンを見つかった。詳しい分析によると、(1x1)パターンが窒素リッチ表面に対応し、(2x2)がGaリッツ表面に対応することがわかった。GaN薄膜の品質をX線回折、フォトルミネセンスで評価した所、窒素リッチ表面状態で成長した方がよいことがわかった。それにより、薄膜の品質をRHEEDで実時間制御ができることがわかった。
もう一つの研究重点として、このGSMBE法と本研究室で開発した短パルス超音速ビームエピタキシ-(SSBE法)をうまく組み合わせ、GaN量子箱の試作を行った。それはGSMBE法を用い、本研究室の田中らの方法と同様にAlGaN表面上にSiを入れることにより、GaNドットを作製する。本研究では水素で希釈したメチルシランをSiソースとして使用し、短パルス超音速ビームでAlGaN表面に供給する。それは超音速ビームの高エネルギーがメチルシランの分解への促進効果を利用するものである。RHEEDおよびAFMで評価したところ、GaN量子箱はうまく形成したことがわかった。それはGSMBE法として世界で始めて成功したことである。

研究成果

• [文献書誌] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Chemical beam epitaxy of GaN using triethylgallium and ammonia" to be published in J.Crystal Growth.
• [文献書誌] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "The formation of GaN dots on Al_xGa_<1-x>N surfaces using Si in gas-source molecular beam epitaxy" Appl.Phys.Lett.72. 344-346 (1998)
• [文献書誌] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi,: "Real-time observations of the GaN dot formation by controlling growth mode on the AlGaN surface in gas-source molecular beam epitaxy" to be published in J.Crystal Growth.
• [文献書誌] X.O.Shen, S.Tanaka, S.Iwai and Y.Aoyagi: "Drastical change in the gan film quality by in-situ controlling surface reconstructions in GSMBE" to be published in Mat.Res.Soc.Symp.Proc.