研究課題
独自に開発した高品質InN結晶成長技術(DERI法)を利用して、InGaNの非混和性を積極的に利用した極微ナノ構造および界面の制御を行い、InNおよびInGaNが持つ材料のポテンシャルを極限まで引き出し、デバイスとして応用できる、革新的材料基盤技術開発を行うことを目的として研究を進めている。これまで、、成長初期段階の窒素ラジカル供給量を減らしInGaNを組成分離しやすい条件に制御して成長することにより、リーク電流を抑制できることを確認してきた。さらに高品質化のため、1～2モノレイヤーのInを表面に残した状態で、DERIサイクルを初期状態に戻すことにより、成長層の高品質化が図られることを、確認してきた。ヘテロ界面における原子レベルでの組成制御に関しては、スプリング8のビームラインを用いた成長過程のその場観察手法の検討を進めてきた。本年度は、結晶品質の一層の向上を目指し、従来のIn極性InNの成長に変え、成長温度を約100℃高くできるN極性のDERI法につき、その可能性を詳細に検討した。結果は低温においては、DERIサイクルに対応したInNの成長が確認されたものの、期待した高温での成長を確認することは出来なかった。一方成長中にプラズマ照射を行い、表面改質したのち、その上に再成長することにより、転位の低減化に一定の効果があることを見出した。InNのデバイス応用を進める上で、深刻な課題として広く認識されている表面キャリアの蓄積層形成に対し、これを抑制する手段として、Fイオンの表面への注入が一定の効果を示すことを見出した。スプリング8のビームラインを用いたInGaNの成長過程のその場観察を進め、組成引き込み効果、初期成長過程での核形成遅れに対する影響、InN上へのInGaN再成長時にみられるミキシング効果などを新たに見出した。
2: おおむね順調に進展している
InGaNの非混和性を積極的に利用した極微ナノ構造および界面の制御を行い、InGaNの全組成領域をデバイスとして利用可能とする上で、最も重要なのは、転位の電気的、光学的特性への影響を抑制することである。これまでの研究で、窒素ラジカルビーム強度を抑え、組成分離が起きやすい状態を成長の初期段階に入れることにより、リーク電流の抑制が行えることを明らかにすることができた。また成長層の結晶品質を向上させる上で1～2モノレイヤーのInを表面に常に残した状態で成長することが重要で、イオンやラジカルによる照射ダメージの導入を抑制できることがその原因と考えられるとの科学的知見も得ることができた。さらにスプリング8のビームラインを用いた逆格子マッピングによる成長過程のその場観察手法が成長初期過程の組成決定手法として有効で、転位周辺の組成決定のメカニズムに組成引き込み効果も考慮する必要があるという新たな知見も得るとともに、窒素ラジカルビーム強度により、成長初期の核形成過程に遅れが生じる場合があることを示した。一方InN上にInGaNを成長する場合、条件によって界面でミキシング現象がみられることも見出した。
原子層レベルでのDERIサイクルの制御をより高精度に行い、転位周辺の組成変調を厳密に行うとともに、成長した結晶のナノ領域の組成評価手法についても、CLマッピングなどの手法も動員して研究を加速する。InGaN/InN、InGaN/InGaNに加え、AlInN/InNの検討も加え、量子ナノ構造の制御と高品質化に向けた検討を積極的に進め、InGaNの全組成領域をデバイスとして利用する基盤構築に向けた本研究を一層加速させたい。
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