GaN系半導体ヘテロ構造における表面界面の原子レベル評価と物性制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14102010
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 櫻井 利夫 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20143539)
• 研究分担者: サドウスキー J. T. 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (40333885) ; 藤川 安仁 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70312642) ; 長尾 忠昭 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40267456) ; 高村 由起子 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90344720)
• キーワード: III-V族化合物半導体 / 超薄膜 / MBE / 結晶成長 / STM / 金属コンタクト

研究概要

GaN、AlN、InNやこれらの昆晶を含むIII-V族窒化物は、その広い直接遷移形のバンドギャップによる紫外、青色、また白色発光材料としてまた高温での安定性、さらには環境材料ゆえに、新しい電子デバイス材料として、非常に有力な材料である。しかし、デバイスとしての応用を考える際にショットキーバリア高さの報告値が大きくばらつくなど、金属コンタクトとの界面の制御に関する原子レベルでの知見はこれまで殆ど無かった。本年度は、まずIII-V族窒化物のMBE成長における成長最表面の構造の原子レベルキャラクタリゼーションと制御を完全に行うため、現有の超高真空MBE装置の問題であった不純物砒素(As)の影響を完全に排除するため、新たな超高真空MBE-STM/AFM装置を立ち上げた。
その後、この装置を用いて、良く規定された上記清浄表面を制御性良く準備し、その上にAuを蒸着させた際に現れるAu-Ga表面合金相の構造をSTMを用いて詳細に調べた。GaN(0001)-1×1表面上にAuを蒸着させた場合は、特徴的な線状構造を持つ非常に周期性の高いc(2×12)構造が出現した。また、√<7>×√<7>清浄表面へのAu蒸着では、AuはGaNと表面合金層を形成せず、Auのクラスターが生成するのみであった。
また上記Auの研究と同様にAgに関しても研究を行った。その結果、Auの場合と異なりAg-Ga2次元合金相の形成は認められず、非常に平坦なAg超薄膜の成長のみが観察された。しかし、このAg超薄膜は室温ではエネルギー的に不安定であり、時間の経過とともに3次元アイランドに自己組織化することが明らかになった。つまりAgと下地GaNとの相互作用は非常に弱く、良質なオーミックコンタクトの形成の可能性は小さいことが示唆された。今後の課題としては、蒸着開始表面の構造を様々に変え、平坦性高くかつ良質で安定なAg-GaNヘテロ界面の実現が可能かどうかを系統的に調べてゆく予定である。

研究成果

• [文献書誌] Kehui Wu, Y.Fujilawa, T.Nagao, Y.Hasegawa, K.S.Nakayama, Q.K.Xue, E.G.Wang, T.Briere, V.Kumar, Y.Kawazoe, S.B.Zhang, T.Sakurai: "Na Adsorption on The Si(111)-(7x7) Surface : From Two Dimensional G as to Nanocluster Array"Physical Review Letters. 91. 12601 (2003)
• [文献書誌] J.T.Sadowski, T.Nagao, M.Saito, S.Yaginuma, F.Fujikawa, T.Ohno, T.Sakurai: "STM/STS studies of the structural phase transition in the growth of ultra-thin Bi films on Si(111)"Acta Physica Polonica A. 104. 381-387 (2003)
• [文献書誌] Kehui Wu, Q, Z, Xue, R.Z.Bakhtizin, Y.Fujikawa, X.Li, T.Nagao, Q.K.Xue, T.Sakurai: "Layer-by-layer growth of Ag on GaN(0001) surface"Appl.Phys.Lett.. 82. 1389-1391 (2003)
• [文献書誌] R.Z.Bakhtizin, K.H.Wu, Q.Z.Xue, Q.K.Xue, T.Nagao, T.Sakurai: "STM study of Ag film initial stages growth on a GaN(0001) surface grown by MBE"Phys.Low-Dimensional Structures. 3-4. 21-29 (2003)
• [文献書誌] S.Yaginuma, T.Nagao, J.Sadowski, A.Pucci, F.Fujiwara, T.Sakurai: "Surface pre-melting and surface flattening of Bi nanofilm on Si(111)-7x7"Surface Science Letters. 547. L877-L881 (2003)