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本研究では、青色発光材科として世界的に注目されているGaNおよびInNを取り上げ、成長中に起こる成長最表面での結晶成長過程を原子レベルで明らかにすることを目的としている。この目的のため、我々がこれまでGaAsを対象に行ってきた2つのその場測定システムを用いて原子・分子レベルでの測定を行った。用いたその場測定は(1)一原子層以下の成長量をその場測定できるグラヴィメトリック法(GM法)および(2)表面光吸収を用いることにより、吸着原子を含む固体最表面の結合状態をその場測定する表面光吸収法(SPA法)である。各々のその場測定システムは原子層エピタキシャル成長装置に組み込まれ、原子層エピタキシャル成長により分解された各素過程のその場測定を行った。
具体的な成果を下記に示す。
・Cubic-GaN成長の基板結晶として用いるGaAs(001)上に初期に成長させる緩衝層の最適条件を求めた。この見出した条件において約20-30nmの緩衝層の成長を行い、その後、GaNエピタキシャル成長により高品質なCibic-GaNが成長することが確認された。これらの結果より、原子層エピタキシャル成長装置内での緩衝層の成長およびその場測定がー貫して行うことができるようになった。
・GM法を用いたその場測定法により、初めて1分子層/1原料供給サイクルの条件範囲を明らかにした。さらに、この成長により、Hex-GaNの混入が殆どない高品質なCubic-GaNが成長可能なことを明らかにした。
・Gm法により、成長速度および水素エッチングの基板面方位依存性を明らかにした。
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