| 研究課題/領域番号 |
16K17515
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
鈴木 秀俊 宮崎大学, 工学部, 准教授 (00387854)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | GaAsN / Atomic Layer Epitaxy / Photo Reflectance / Dilute Nitride |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、希薄窒化物半導体であるGaAsN膜中の窒素(N)原子の空間分布と、エネルギーバンド中にN原子が作るN局在準位(E_N)との関係を明らかにし、E_Nの変化が電気特性に与える影響を知る事が目的である。
E_NはGaAsNのバンドギャップエネルギー(Eg)を決定づけるパラメータであり、これまで一定値として理解されてきた。しかし、我々はN組成の増加にともない減少することや、N組成が同じでも成長手法が異なると変化する事を見いだしている。E_NはEgを決定する値であることから、本材料の電気特性に大きく影響することが予想され、実際に先述の異なる成長手法で作製したGaAsN膜では、電気特性が向上している。ここで、異なる成長手法とは、成長中のN原子の取り込み過程を変化させる手法であり、膜中のN原子の空間分布の変化が期待される。しかし、膜中のN原子の空間分布が、E_Nおよび電気特性に与える影響は明らかになっていない。
そこで本研究では、原子1層単位でN原子混入量を制御可能な原子層エピタキシー(ALE)法をGaAsN膜作製に適用することで意図的に膜中のN原子の空間分布を制御した試料を作製し、N原子の空間分布、E_N、電気特性の相関を明らかにすることを目的としている。
本年は、ALE法を用いたGaAsN結晶成長において、GaAs層とGaAsNをそれぞれ1原子層成長させる原料供給シーケンスを組み合わせることにより、膜中の平均N組成が同じで、N原子の混入層を0~3層おきに制御した試料の作製に成功した。また、比較のため化学ビームエピタキシー(CBE)法により作製したGaAsN薄膜のE_Nの評価も進め、基板面方位とE_Nの関係を見出している。次年度以降にALE法で作製したGaAsN膜のE_Nを評価し、N空間分布と比較することで、これらの関係性を明らかにする。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ALE法を用いたGaAsN結晶成長において、成長プログラムの更新を行い、GaAs層とGaAsNをそれぞれ1原子層成長させる原料供給シーケンスを任意に組み合わせた成長を可能とした。本成長プログラムを用い、膜中の平均N組成が同じで、N原子の混入層を0~3層おきに制御した試料の作製を試みた。XRD測定により、N組成と結晶性の確認を行い、設計どおりのN組成とN分布の制御が可能で、良好な結晶性を有することを確認した。また、詳細な解析は途中であるが、作製したＮ分布が異なるGaAsN薄膜に関してフォトリフレクタンス(PR)測定を行なった。
また、ALE法により作製したGaAsN膜との比較のため、CBE法を用いて作製した薄膜に関してもE_Nの評価を行なった。この際、膜中のN分布が変化することを期待し、基板面方位を(001)面から[010]方向に2~10度傾斜した異なるGaAs基板上に作製した試料を用いた。PR測定によりE_Nを算出した結果、基板傾斜角度が大きいほど、E_Nの値が小さくなることが見出された。この結果は、Nの空間分布がE_Nに影響を与えることを強く示唆している。
以上の結果を踏まえ、当初の28年度計画であった「ALE装置を用いてシーケンスを制御し、平均N組成を一定にしてN原子の空間分布の異なるGaAsN薄膜を作製する条件を確立させる。」および「上記で作製したGaAsN試料にPR測定を行いE_Nを測定する。」を達成しており、順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画に従い、以下の通り研究を推進する。
平成29年度：平均N組成の異なる数水準でそれぞれN原子の空間分布を制御した試料を作製しENを測定する。また、平行して、電気的特性の評価を開始する。N原子の空間分布、EN、電気的特性を系統的に比較し、相関を明らかにする。上記の結果より、電気的特性の向上を目指したN原子空間分布を考察する。
平成30年度：昨年までの成果を踏まえて、電気的特性向上に最適なN原子空間分布を目指したGaAsN成長を試み、ENおよび電気的特性評価を継続し、高品質化の確認を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
結晶成長装置を用いた試料作製が順調に進展したため、予想より少ない作製枚数で当初の目的であった試料作製と評価を達成することができた。そのため、原料使用量および学内分析機器の使用時間が予定より少なくなり、次年度の試料作製及び評価の促進のため、繰り越すこととした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
試料作製手法が順調に確立したため、次年度は試料評価の分量が増加することが考えられる。そのため、次年度使用額は主に、学内共有分析機器の使用料金および外部機関への分析依頼料金として使用し、評価を加速する計画である。
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