化合物半導体薄膜結晶の成長とその制御に関する研究

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ワイドギャップIIIーV、IIーVI、IーIIIーV_2化合物半導体は、GaAsやInP系のIIIーV化合物半導体では不可能な機能性を実現し得る材料として、可視〜紫外域及び赤外域光機能素子や圧電性を利用した複合機能素子経の応用を目的に結晶成長、薄膜物性評価、デバイス応用の研究が進められてきた。新しい機能性を実現するために必然的に格子不整合の大きいヘテロ成長技術を必要としている。しかし、薄膜成長制御技術が不十分な点もあり、欠陥物性、光物性、伝導性等の物性が制御され、デバイス応用に十分耐え得る高純度・高品質薄膜結晶が得られていない。本研究では、具体的な材料としてAlN、GaN、ZnS、ZnSe、CuGaS_2、CuAlS_2、及びこれら材料の混晶を取りあげた。各分担者が開発した新しい化学気相成長法(CVD法)や分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、「格子不整合緩和手段と評価」、「低温成長」、及び「成長雰囲気の高清浄化と原料の高純度化」、「基板/成長層界面や膜厚の原子層レベル制御及び評価」を共通の課題として研究を進め、物性制御された新しい機能性材料としての基礎を築くことを目的としている。東北大 御子柴は、AlNエピタキシャル成長について、格子不整合緩和手段として「Al_2O_3基板初期窒化法」を確立し、更に、一層の膜質向上を目指して反応管内のガスフローパターンを制御するガスビームフロー方式を提案した。また、大型機器として走査型μーRHEED顕微鏡用4段電子銃及び画像処理装置を導入し、微小域結晶構造解析を行ない、結晶成長の原子レベル制御を行う見通しが立っている。名古屋大 赤崎は、サファイア基板上のGaNエピタキシャル成長層の結晶性をAlNバッファ層を用いて格段に向上させ、世界で初めて高性能pn接合型GaN青色・紫外光発光ダイオードを開発した。明星大 今井は、H_2VPE法において、陽電性のLi、In、Ga添加によるGaP上のZnS結晶の結晶性の向上をはかった。京都工繊大 更家は、ZnSe、ZnSSeのMBE成長において、HeーCdレーザ光を照射し、表面吸着原子の表面永動を促進していること及び結晶性の向上を確認した。長岡技大 飯田は、自由励起子発光を示すCuGaS_2成長を可能とした。以上のように、研究計画に沿って研究は進展しており、次年度以降の研究の見通しは立っている。