立方晶窒化物半導体ヘテロ構造による光および電子デバイス

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555002
• 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, 大学院・工学系研究科, 助手 (50323663) ; 白木 靖寛 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00206286) ; 片山 竜二 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (40343115)
• キーワード: 窒化物半導体 / 立方晶窒化ガリウム / 立方晶窒化インジウム / RF-MBE / MOVPE / フォトリフレクタンス / 窒化物混晶半導体 / GaAsN

研究概要

本年度は、立方晶窒化物半導体薄膜の成長および評価に関し、以下に挙げる成果を得た。
1.立方晶GaN/GaAsヘテロ構造の物性評価
GaAs(100)基板上の有機金属気相成長(MOVPE)立方晶GaN/GaAsヘテロ構造において、ヘテロ界面の価電子帯側に大きなバンド不連続が存在することに伴う界面近傍の電気伝導経路の存在およびヘテロ界面のバンド不連続構造の詳細を、エレクトロリフレクタンス法をさらに発展させた光バイアス法および電圧印加法を開発することにより明らかにした。
2.立方晶GaN中間層による高品質六方晶GaN層の実現
GaAs(111)B基板上のGaN薄膜の有機金属気相成長において、低温成長により(111)方位の立方晶GaNが成長することを見出し、これを中間層としたGaNの高温成長により、サファイア基板上に比べて格段に高品質の六方晶GaN層を実現した。またこれが格子不整合による格子歪が軽減された効果であることを確認した。
3.GaN、InN、GaAsNおよびInAsN薄膜のプラズマ励起MBE成長(RF-MBE)
窒素源としてN_2のRFプラズマ励起を用いたサファイアおよびGaAs基板上の六方晶および立方晶GaN、InNの成長特性を明らかにした。またさらにGaAsNおよびInAsN薄膜においてN濃度としてそれぞれ相分離のない均一相として4.5%および5.5%の高濃度を実現するとともに、構造的、電気的および光学的特性を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] R.Katayama: "Electrically Biased Photoreflectance Study of Cubic GaN/GaAs(001) Heterointerface"Physica Status Solidi (c). Vol.0,No.7. 2597-2601 (2003)
• [文献書誌] S.Sanorpim: "Characterization of MOVPE-Grown GaN Layers on GaAs(111)B with a Cubic-GaN(111) Epitaxial Intermediate Layer"Physica Status Solidi (b). Vol.240,No.2. 305-309 (2003)
• [文献書誌] S.Nishio: "RF-MBE Growth of InAsN layers on GaAs (001) Substrates using a Thick InAs Buffer Layer"Journal of Crystal Growth. Vol.251,No.1-4. 422-426 (2003)
• [文献書誌] A.Nishikawa: "MBE Growth and Photoreflectance Study of GaAsN Alloy Films Grown on GaAs (001)"Journal of Crystal Growth. Vol.251,No.1-4. 427-431 (2003)
• [文献書誌] M.Kuroda: "Hall Effect Measurements Study of InAsN Alloy Films Grown Directly on GaAs(001) Substrates by RF-MBE"Physica Status Solidi (c). Vol.0,No.7. 2765-2768 (2003)
• [文献書誌] F.Nakajima: "Microstructures, Defects, and Localization Luminescence in InGaAsN Alloy Films"Physica Status Solidi (c). Vol.0,No.7. 2778-2781 (2003)