マイクロ波励起リモートプラズマを用いた新しい混晶半導体単結晶薄膜成長とその応用

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窒化物半導体はワイドギャップ半導体であり、可視光から紫外光領域にいたるオプトエレクトロニクス材料や高効率太陽電池への応用が考えられ、新しい電子材料として期待されている。しかし、単結晶薄膜成長が非常に因難であったため、デバイスへの応用はもちろん、その基礎物性すら殆ど明らかではない。我々は、マイクロ波励起リモートプラズマによる活性窒素を十分に供給することにより、有機金属気相成長を試み、サファイア基板上にInN単結晶薄膜エピタキシャル成長に初めて成功すると共に、InAlN混晶膜成長を行い、基礎物性の解明を進めてきた。本研究では、InN,AlNおよびその混晶の良質な単結晶薄膜成長実験を一創層進めた結果、以下の研究成果が得られた。InNに関しては、(1)単結晶薄俣成長条件を確立し、電気的特性を明らかにした。(2)シンクロトロン放射光を用いて高エネルギ領域(20eV)までの光学定数を決定した。(3)デバイス作製に不可欠な鏡面エッチングを液を見いだした。(3)液体ヘリウム温度にいたるバンドギャップの温度依存性を測定し、半実験式を求めた。(4)アニールすることにより結晶性が大幅に改善されることをX線二結湿法ロッキングカーブ測定より明らかにした。(5)ラマン効果を初めて測定し、A_1LOピークを始めいくつかのピークを見いだし、従来の推定値とは異なることを示した。(6)ダイナミック硬度を測定し、硬度が初めて求められた。(7)シンクロトン放射光による光電子分光測定から、価電子帯構造は従来公表されている計算結果とほぼ一致することを確めた。InAlNに関しては、(1)結晶成長条件を明らかにし、高速電子線回折パターンにより評価した。(2)光学特性の組成依存性を測定し、バンドギャップ制御が可能であることを示した。(3)窒化物半導体のバンドギャップの温度依存性の相対変化が非常に小さいことを見いだした。