有機金属分子線エピタキシー法による立方晶窒化ガリウムの結晶成長機構の解明と応用

有机金属分子束外延立方氮化镓晶体生长机理的阐明及应用

• 批准号: 11750014
• 负责人: 須田 淳
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750014/
• 关键词: 窒化ガリウム; 分子線エピタキシー; ポリタイプ; 成長機構; 立方晶; 有機金属; チッ化ガリウム

トリエチルガリウム(TEGa)とrfプラズマ励起活性窒素(N^*)を原料に用いた有機金属分子線エピタキシャル(MOMBE)成長における、窒化ガリウム(GaN)の結晶成長機構を活用して新規な構造を作製することをめざして研究を進めた。立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)の(001)面方位を基板として用いて結晶成長を行ったところ、基板による構造引き込み効果により、サファイア基板上の場合よりもより広い成長条件で立方晶GaNが得られることが分かった。また、3C-SiC基板上においてはGaNの核形成が抑制されることが分かり、連続膜を得るためには低温バッファ層が不可欠であることが判明した。そこで、成長初期の核形成を制御すれば、任意の場所に立方晶の結晶を得ることができると考え、選択成長を試みることにした。3C-SiC基板を酸素雰囲気中で1000℃以上に加熱し、表面に酸化膜を形成した後、集束イオンビーム描画装置を用いて、酸化膜の一部を極微細な領域に限って除去し、真空トンネルを通じて直ちに結晶成長装置に搬送、GaNの結晶成長を行った。最適化した成長条件で、酸化膜の除去された開口部のみにGaNの核形成、結晶成長を起こすことに成功した。ただし、有機金属化学気相堆積(MOCVD)法で報告されているような横方向成長は確認されず、微小結晶が密集して存在する結晶成長形態であることが分かった。また、微小結晶は立方晶であり、{111}ファセットを側面に有していることが確認された。成長時間や開口部のサイズ調整などを行うことで、幾何学的に対称性を持つ微小結晶を平面に規則的に並べることができると考えられる。このような構造は、電子エミッタやフォトニック結晶などに応用可能と考えられる。

Torriega (TEGa) and PlasmaR are promoting the growth of organometallic molecular wires (MOMBE) using active dopants (N^*) as raw materials, and are making progress in research on the use of new regulations and structures for the crystal growth mechanism of doped gallium nitride (GaN). Cubic crystal GaN (3C-SiC) with (001) plane orientation is grown on the substrate under different conditions. The formation of GaN nuclei on 3C-SiC substrates is inhibited by the formation of GaN films at low temperatures. In the early stage of growth, the nucleus formation is controlled, and the cubic crystal is obtained in any place. 3C-SiC substrate is heated to 1000℃ or higher in acid solution, acidified film is formed on the surface of the substrate, and then the coating device is used. A part of the acidified film is removed from the fine dust area. The vacuum coating device is used to transport and grow GaN crystals. Optimization of growth conditions, removal of acidified film, nucleation of GaN and initiation of crystalline growth were successful. Organic metal chemical vapor deposition (MOCVD) method was used to report the growth in the lateral direction and to confirm the existence of dense microcrystals. It is confirmed that there is a small crystal on the bottom of the cube. Growth time, opening, adjustment, geometric symmetry, micro-crystals, plane, regular, parallel, etc. The structure and electron structure of the crystal are different from each other.

项目成果

Jun Suda: "Selective Area Growth of Cubic GaN on 3C-SiC (001) by Metal Organic Molecular Beam Epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics Letters. 39・11A. L1081-1083 (2000)

Jun Suda：“通过金属有机分子束外延在 3C-SiC (001) 上选择性区域生长”日本应用物理快报 39・11A (2000)。

Jun Suda: "Preferetial Growth Mode of Cubic GaN by Metalorganic Molecular Beam Epitaxy on Sapphire(0001) Substrates"Physica status solidi(a). 176・1. 503-507 (1999)

Jun Suda：“蓝宝石（0001）衬底上的金属有机分子束外延的立方GaN的优先生长模式”物理状态固体（a）176·1（1999）。