有機金属分子線成長法による光素子用ワイドギヤップ材料窒化ガリウムの純正結晶の製作

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本研究は、可視域から近紫外域で発光・受光素子の材料として期待される窒化ガリウム(GaN)の純正(高品質、高純度)結晶を成長をすることを目的としている。具体的には、超高真空雰囲気で結晶を成長する有機金属分子線成長法(MOMBE法)を用いて、蒸気圧の高い窒素の原料ガスを精密に制御して窒化ガリウムを成長することを目指している。まず、MOMBE法でガリウムリンを成長するときに、同時にアンモニアまたは有機アミン(ターシャリ-ブチルアミン)を供給し、ガリウムリン中への窒素の取り込まれる割合を二次イオン分析装置を用いて調ベた。ガリウムリンの原料ガスにはトリエチルガリウムおよびホスフィンを用いた。ホスフィンは基板に供給する前にあらかじめ熱分解している。窒素源ガスの供給に際しては、あらかじめ熱分解して基板に供給する場合と、熱分解せずにそのまま基板に供給する二通りで行った。アンモニアを窒素源としたとき、あらかじめ熱分解をするしないにかかわらず膜中への窒素の取り込みは認められなかった。タシャリ-ブチルアミンを窒素源に用いた場合は、あらかじめ熱分解せずに基板に供給したときに、ガリウムリン膜中に窒素が取り込まれた。ターシャリ-ブチルアミンをあらかじめ熱分解すると膜中への取り込みは認められなかった。そこで、トリエチルガリウムと窒素源としてあらかじめ熱分解をしないターシャリ-ブチルアミンを用いて、ガリウムリンを基板上に窒化ガリウムの成長を試みたが、窒化ガリウムの成長層は得られなかった。窒素源を改善することが今後の問題点として残った。