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本研究は、アンモニア(NH_3)が波長200nm以下の紫外光に対して100-1000/cm・atmという大きな吸収係数を有することに着目して、ArFエキシマレーザ(波長193nm)を用いたInNのレーザ援用MOCVD成長技術の確立を図ることを目的として行われた。その結果、NH_3の光分解効果を用いることによって室温から650℃までの広い温度範囲で均一性に優れたInN膜が形成できることを明らかにし、従来困難とされていたInNのArFエキシマレーザ援用MOCVD成長を世界で初めて実現した。得られた主要な結果は以下の通りである。
(1)TMIのみの供給ではInの析出は起こらず、TMIとNH_3を同時供給することによってのみInNが成長する。このことはNH_3の光分解が主要因となってInNの合成反応が起こることを示している。TMIの光分解はほとんど起こらない。
(2)本方法でのNH_3使用量は従来の熱分解MOCVD法の1/50〜1/100であり、このような供給量でも金属Inの混入のない高品質InN薄膜が得られ、さらに、熱分解MOCVD法の2倍以上の成長速度(〜0.5μm/h)が実現できる。
(3)基板表面にレーザ光を垂直に照射するにより、レ-ザビームパターンに対応した選択的InN薄膜成長が可能である。
(4)基板窒化時にArFエキシマレーザをNH_3ガスに照射することにより比較的低温でも窒化が効率的に行える。
(5)NH_3供給量の増大とともにInN膜質が低下するという、通常の熱分解MOCVD法の場合とは逆の傾向がみられる。その原因はNH_3の分解によって生じた水素である可能性が高いことがわかった。水素の影響はNH_3の供給方向によってかなり低減できる。
(6)低温成長InN膜では酸素汚染による電気的・光学的特性の低下が著しいことがわかった。その改善のために、反応チャンバー内に持ち込まれる酸素、水分の除去をねらいとした反応チャンバーのベーキング効果を検討した。ベーキングによってInN膜中の残留キャリア濃度の低減、光吸収端エネルギーの低下などの改善効果が見られた。
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