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窒化ガリウム(GaN)はイオン性が強いために、ウルツ鉱構造である六方晶が安定構造である。一方、分子線エピタキシー(MBE)法において、閃亜鉛鉱構造である立方晶も熱平衡から大きく外れた条件で得られることが報告されている。しかし、得られた立方晶GaNは光学的・電気的特性が劣っているために、あまり関心を集めることはなかった。一方、トリエチルガリウム(TEGa)とrfプラズマ励起活性窒素を原料に用いた有機金属分子エピタキシー(MOMBE)法を用いることで、鋭い励起子発光が支配的な良好なルミネッセンス特性を示す立方晶GaNが得られることが申請者の研究グループにより見いだされている。本研究では、このMOMBE成長における立方晶GaNの結晶成長機構の解明に取り組み、得られる立方晶GaNの応用の探索を目的として研究を行い、平成11年度に次に成果を得た。
成長時間を変化させた立方晶GaNの成長膜を走査電子顕微鏡により観察することで、ファセット面の特定および結晶形状の時間変化が明らかになった。これより、結晶成長は立方晶、六方晶ともに起こっているが、立方晶が優先的に成長していることが明らかになった。
サファイア基板の処理法として、窒化処理と低温成長GaN層堆積といる二種類方法を試み、得られた結晶の構造評価を行った結果、低温成長GaN層の堆積により立方晶の成長が促進されていることが分かった。
以上の結果をもとに、高い割合で立方晶を含む結晶成長条件を確立することができた。
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