埋め込みデバイス層を有する高機能へテロエピタキシャル層の形成

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450011
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
• 研究分担者: 大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319) ; 古川 雄三 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (20324486)
• キーワード: GaPN / GaAsN / GaAsPN / 格子整合 / 量子井戸構造 / ダブルヘテロ構造 / 光電子融合集積回路 / 臨界膜厚

研究概要

本年度は、Siに格子整合するGaAsPN混晶を目指して、GaPN、GaAsNのN組成制御を確立し、ついでGaAsPNのAsおよびNの組成制御をMBE法を用いて図った。N組成比が3%を超えると、結晶品質が低下する。このため、3%以下のN組成比内において、X線回折、透過型電子顕微鏡、フォトルミネッセンス等を用いて、格子定数およびバンドギャップの組成比依存性を調べた。その結果、N組成比の増加と共に格子定数およびバンドギャップはいずれも小さくなることが確認された。さらに、GaAsPNにおいては、AsとN組成比を変えることによって、格子定数とバンドギャップを増加および減少のいずれにも制御できることが明らかになった。
この結果に基づいて、Si基板に格子整合するGaPNおよびGaAsPNを成長することができた。いずれにおいても、エピ層およびヘテロ界面に転位がないことが確認された。さらに、Si基板上にSiと格子整合するGaAsPN/GaPNダブルヘテロ構造および量子井戸構造を初めて実現できた。さらに、格子整合したSi/GaPN/Si構造を成長し、III-V族化合物半導体をSi層内に埋め込むことができることを明らかにした。これにより、光デバイス・回路や超高速・超高周波素子・回路とSi集積回路とを1チップ内で一体化する、光電子融合集積回路の基盤技術の糸口が見いだされた。
また、GaAsNにおいてもGaPNと同様に、ミスフィット転位が発生する臨界膜厚が大きくなり、転位の伝搬が阻止される効果があることが見出された。ミスフィット転位の発生には異方性があり、V族位置に点在するN原子の結合が強いことによって説明できることも明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] K.Samonji,H.Yonezu and N.Ohshima: "Lattice-Relaxation Process of (InAs)m(GaAs)n Strained Short-Period Superlattices Grown on GaAs"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39No.5A. 2503-2507 (2000)
• [文献書誌] Y.Fujimoto,H.Yonezu,K.Momose,and K.Ojima: "Control of Growth Process and Dislocation Generation of GaAs1-xNx Growth by All-Solid-Source Molecular Beam Epitaxy"11th Molecular Beam Epitaxy (MBE-XI) Beijing,China,September10-15. 451-453 (2000)
• [文献書誌] Y.Fujimoto,H.Yonezu,K.Momose,A.Utsumi,and Y.Furukawa: "Control of Growth Process and Dislocation Generation of GaAs1-xNx Growth by All-Solid-Source Molecular Beam Epitaxy"Journal of Crystal Growth. (to be published)(印刷中). (2001)
• [文献書誌] V.H.Mendez-Garcia,A.Perez Centeno.M.Lopez-Lopez,M.Tamura,K.Momose,K.Ojima,and H.Yonezu: "Improvement in the crystal quality of ZnSe films on Si(111) substrates with a nitrogen surface treatment"Thin Solid Films. Vol.373. 33-36 (2000)
• [文献書誌] M.Lopez-Lopez,V.H.Mendez-Garcia,M.Melendez-Lira,J.Luyo-Alvarado,M.Tamura,K.Momose,and H.Yonezu: "Molecular Beam Epitaxial Growth of ZnSe Layers on GaAs and Si substrates"Physica Status Solidi. Vol.220. 99-109 (2000)