III-V-N型窒化物系混晶半導体の巨大ボウイング効果と物性応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 尾鍋 研太郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50204227)
• 研究分担者: 黄 晋二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50323663) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286) ; 呉 軍 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80313005)
• キーワード: III-V-N型窒化物混晶 / GaAsN / InGaAsN / InGaPN / GaNP / MOVPE / 巨大バンドギャップボウイング / 混晶半導体

研究概要

本年度は、III-V-N型混晶半導体の有機金属気相成長および物性評価を進め、以下のような成果を得た。
1.GaAsNの光学的物性評価
前年度までに作製した、N濃度3.1%までのGaAsN混晶薄膜の分光エリプソメトリ評価を進め、伝導帯下端において「-X状態混合が顕著となることなど、N濃度の増加がバンド構造の全体に及ぼす効果の一部が明らかになった。またフォトルミネッセンス時間分解分光により、各N濃度および各波長成分における発光緩和時間の振る舞いを明らかにし、混晶組成の不均一分布がもたらすポテンシャル分の性状を明らかにした。
2.NリッチGaNP混晶薄膜の成長と評価
P原料雰囲気を含むGaNの成長において、成長初期に濃度2%におよぶNリッチなGaNP薄膜層が形成されることを見出した。また混晶組成分布の詳細を2次イオン質量分析などの方法を用いて明らかにした。
3.InGaAsN混晶薄膜の成長と評価
GaAs基板にほぼ格子定数の一致するN濃度1.5%までのInGaAsN混晶薄膜のフォトルミネッセンス発光において、発光ピークエネルギーが温度上昇とともに特異なとびを示す現象を見出し、混晶の組成分布に起因する局在状態の効果であることを明らかにした。
4.InGaPN混晶薄膜の成長と評価
GaP基板上のInGaPN混晶薄膜の成長実験を進め、成長反応系の熱力学的特性を明らかにするとともに、N濃度3%付近までの混晶薄膜の成長に成功した。とくにGaP基板と格子定数の一致する組成において発光特性が顕著に向上することを明らかにした。また量子井戸における発光特性を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] S.Yoshida: "Role of Arsenic Hexagonal Growth Suppression on a Cubic GaNAs Growth Using Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Materials Research Society Symposium Proceedings. 595. W3.41.1-6 (2000)
• [文献書誌] S.Matsumoto: "Optical Characterization of Metalorganic Vapor Phase Epitaxy-Grown GaAsxN1-x Alloys Using Spectroscopic Ellipsometry"J.Cryst.Growth. 221(1-4). 481-484 (2000)
• [文献書誌] K.Onabe: "Cubic-GaN Films on GaAs (001) Substrates without Deep-Level Luminescence Grown by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy"phys.stat.sol.(a). 180(1). 15-19 (2000)
• [文献書誌] J.Wu: "Optical Properties of cubic GaN Grown on 3C-SiC (100) Substrates by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy"phys.stat.sol.(a). 180(1). 403-407 (2000)
• [文献書誌] J.Wu: "Metalorganic Vapor Phase Epitaxy of Cubic GaN on GaAs (100) Substrates by Inserting an Intermediate Protection Layer"J.Cryst.Growth. 221(1-4). 276-279 (2000)
• [文献書誌] F.H.Zhao: "Influence of Si Doping on Optical Properties of Cubic GaN Grown on GaAs (001) Substrates by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy"IPAP Conf.Series. 1. 70-73 (2000)
• [文献書誌] 尾鍋研太郎(共著、小間篤 編): "実験物理学講座 第4巻"丸善. 301 (2000)
• [文献書誌] 尾鍋研太郎(共著、佐久間健人 他 編): "マテリアルの事典"朝倉書店. 666 (2000)