立方晶窒化物半導体の結晶成長と物性の確立

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本年度は、立方晶窒化物半導体薄膜の成長および評価に関し、以下に挙げる成果を得た。1.有機金属気相成長(MOVPE)GaNの低欠陥化と選択成長の微構造評価GaAs(100)基板上のGaN成長において、AlGaAs中間層を挿入することにより、GaAs基板の熱損傷に伴う結晶欠陥が大幅に低減することを見出した。また微細パタンマスクを用いたGaN選択成長において、特定のパタン方位および成長温度において立方晶GaNの成長が六方晶GaNに対して支配的となることが見出された。透過電子顕微鏡による微構造評価により、六方晶GaNの混在の発生形態および発生要因を明らかにした。さらにGaAs(111)基板上のGaN成長において、立方晶GaN緩衝層を介することにより、六方晶GaN層への貫通転位が大幅に低減し、かつほとんど無歪みの成長層が得られることを見出した。2.有機金属気相成長立方晶AlGaN/GaN/GaAsヘテロ構造の電気的・光学的評価GaAs(100)基板上の立方晶AlGaN/GaN/GaAsヘテロ構造の縦方向電気伝導およびC-V測定を進め、GaN/GaAs界面の価電子帯側に大きなバンド不連続が存在すること、それがヘテロ界面への正孔の蓄積ともなうP型伝導の原因となりうることなどを明らかにした。またGaN/GaAsヘテロ構造のエレクトロリフレクタンス測定により、ヘテロ構造におけるバンド構造の詳細を明らかにした。3.GaNおよびInNのプラズマ励起MBE成長(RF-MBE)窒素源としてN_2のRFプラズマ励起を用いたサファイア基板上のGaNおよびInN成長を進め、成長の各段階における表面再構成構造の基板温度およびプラズマ強度依存性などを明らかにした。これによりGaAs基板上における立方晶GaN、InN、AlGaN、InGaNなどの成長に移行するための基礎的知見を得た。