プラズマを用いた窒化ガリウムインジウム砒素の成長と光電子集積回路実現への基礎検討

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650336
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 淀 徳男 大阪工業大学, 工学部, 助教授 (70288752)
• キーワード: ガリウム砒素 / シリコン / 光電子集積回路 / 窒化インジウムガリウム砒素 / 格子不整合 / ECRプラズマ / 格子整合 / 結晶性

研究概要

エレクトロニクスの性能向上にも限界が見え、従来の主役である電子に加えて光がそれぞれの特徴を生かして役割分担する新しい概念のデバイス・光電子集積回路の開発が待たれている。しかし、これを実現する上で各構成材料であるシリコンとガリウム砒素との異種接合間には約4%の格子不整合があるため結晶性が著しく劣化してしまい、実現への大きな障壁となっている。本研究では、以上の問題点を改善する為の基礎的検討として、シリコン基板と格子整合可能な新材料窒化ガリウムインジウム砒素混晶に着目し、高品質なIII-V族混晶を作製できる成長技術を確立することにある。平成11年度の研究結果から、窒化ガリウムへの砒素添加量に依存し、窒化ガリウム砒素膜の膜質にかなり大きな影響が及ぼされることが判明した。添加量が少ないときにはSiと同じ立方晶系の窒化ガリウムとなり、添加量が増すにつれ六方晶系の窒化ガリウムが成長することがわかり、砒素原子が容易には窒素原子サイトに置き換える事は困難であることが判明した。そこで、これにインジウムを添加するための前段階として窒化ガリウム中の窒素原子サイト数を意図的に変えるためECRプラズマ成長中の活性窒素原子濃度を変えることによって、砒素原子の取り込み効率を上げて窒素原子サイトに砒素原子を置換できるかどうかを調べた。その結果、わかったことは活性窒素原子濃度を下げれば、砒素原子の取り込み効率を上げることができ、砒素置換効率を上昇させ得ることがわかった。しかし、不活性窒素分子が窒化ガリウムの成長を阻害して、成長速度が大幅に低下することもわかった。現在、インジウムを窒化ガリウム砒素に添加させることによって、以上述べた成長阻害の現象がインジウムの取り込み効率に及ぼす影響について調べているが、途中段階としてインジウムを添加することによって同じ砒素濃度でも窒化ガリウム砒素膜の結晶性が向上できる可能性が実験的に示唆された。

研究成果

• [文献書誌] T.YODO,H.ANDO,H.TSUCHIYA,D.NOSEI,M.SHIMENO,Y.HARADA,M.FURUSAWA and M.YOSHIMOTO: "Influence of Inert Molecules, Nitrogen Radical Atoms and Nitrogen Molecular Ions an Growth Process and Crystal Structure of GaN Heteroepitaxial Layers Grown on Si(001) and Si(110) substrates by Molecular-Beam Epitaxy Assisted by Electron Cyclotron Reasonance"Proc.Int.Workshop on Nitride Semiconductors, IPAP Conf.. Series 1. 351-354 (2000)
• [文献書誌] T.Yodo,H.Ando,H.Tsuchiya,D.Nosei,M.Shimeno,Y.Harada,M.Furusawa and M.Yoshimoto: "Influence of Inert Molecules, Nitrogen Radical Atoms and Nitrogen Molecular Ions an Growth Process and Crystal Structure of GaN Heteroepitaxial Layers Grown on Si(001) and Si(110) substrates by Molecular-Beam Epitaxy Assisted by Electron Cyclotron Reasonance"International Workshop on Nitride Semiconductors-IWN2000-, Technical Digest. PTD-01. 251-251 (2000)
• [文献書誌] T.YODO,H.Ando,H.Tsuchiya,D.Nosei,M.Shimeno and Y.Harada: "Influences of substrate nitridation before growth on initial growth process of GaN heteroepitaxial layers grown on Si(001) and Si(111) substrates by ECR-MBE"Eleventh International Conference on Molecular Beam Epitaxy, Abstract Book. P.3.16. 470-471 (2000)
• [文献書誌] T.Yodo: "Model of Crystal Lattice Strained Along the Preferential Direction by Anisotropic Stress for GaAs Heteroepitaxial Films grown on Vicinal Si(001) and Si(110) Substrates by Molecular-Beam Epitaxy"J.Vac.Sci.Technol. A19・1. 287-291 (2001)
• [文献書誌] Tokuo YODO,Hironori TSUCHIYA,Hironori ANDO and Yoshiyuki HARADA: "Damage Due to Nitrogen Molecular Ions of GaN Heteroepitaxial Layers Grown on Si(001) Substrates by Molecular-Beam Epitaxy Assisted by Electron Cyclotron Resonance"Jpn.J.Appl.Phys. 39・5A. 2523-2529 (2000)
• [文献書誌] Tokuo Yodo,Masaaki Toyama,Yasuyuki Imai and Hideki Shirasawa: "Influences of off-angle and off-direction, of substrate on crystalline quality of GaAs and Ge heteroepitaxial films grown on vicinal Si(110) substrates by molecular-beam epitaxy"J.Cryst.Growth. 209. 724-733 (2000)