立方晶窒化物半導体の結晶成長と物性の確立

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 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: 立方晶GaN / MOVPE成長 / 選択成長 / 中間層 / フォトルミネッセンス特性 / Si ドープ

研究概要

窒化物半導体の中で最も多く研究されているGaNは通常六方晶構造であるが、立方晶基板上に成長させることにより立方晶構造へと変換することが知られている。しかしながら、GaNを立方晶として成長させる試みは最近に行われるようになってきているものの、まだそれほど良質の結晶はできていないため、物性について不明な点が多いのが現状である。本研究は、立方晶窒化物半導体の物性を解明することを目的として、選択成長・二段階成長など新たな手法を提案し、その有用性に関する基礎的な検討を行った。
SiO_2パッタン基板上に成長させることを試みた。パッタン方位により横方向成長レートと縦方向成長レートの制御ができ、結晶内部の貫通転位密度の低減が可能である。また、従来の低温バッファ層と高温エピ層の間中間層を設け、二段階成長を行った。その結果、中間層はGaAsなどの熱的不安定な基板に対して保護層となり、より高温で高品質な結晶を得ることができた。
これらの高品質な結晶を用いて、成長結晶の格子定数、歪みなどの非局所的構造の評価を行った。基板と成長膜の間の大きい熱膨張係数の差が歪みの要因となることがわかった。フォトルミネッセンス測定を用いて、立方晶窒化物半導体のエネルギーギャップ、励起子準位、欠陥準位を明らかにした。さらに、二次イオン質量分析、ホール測定によってSiドープした試料の電気電導特性の評価を行った。キャリア密度は10の20乗まで制御できることがわかった。また、電気伝導、移動度は転位の入り方により異方性を持っていることを明らかにした。

研究成果

• [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. 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.Crystal Growth. 221. 276-279 (2000)
• [文献書誌] J.Wu: "Effect of an Intermediate Layer on Cubic GaN Grown on GaAs (100):Substrate Protection and Strain Relaxation"Proc.of Inter.Workshop on Nitride Semiconductors (IPAP Conference). 1. 85-88 (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. 15-19 (2000)
• [文献書誌] S.Yoshida: "Role of Arsenic Hexagonal Growth-Suppression on a Cubic GaNAs Growth using Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Proc.of 1999 Materials Research Society Fall Meeting,. 595. w3.41.1-w.3.41.6 (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"Proc.of Inter.Workshop on Nitride Semiconductors (IPAP Conference). 1. 70-73 (2000)