表面制御エピタキシ-法によるSiC純正結晶の製作と光物性制御

本研究は表面制御原子層エピタキシ-法を用いて広禁制帯幅半導体として注目を集めているシリコンカ-バイド(SiC)の高品質純正結晶を製作し、紫色を含む全可視領域にわたる光物性を制御することを目的とする。本年度においては、1.表面制御原子層エピタキシ-成長機構の解明、2.SiCのワイドギャップの特長を活かしてとくに短波長域の光物性を制御する。ことを2つの大きな課題として研究を遂行した。1.<表面超格子制御法におけるSiC表面超構造の同定>___ー ガスソ-ス分子線エピタキシ-法において、原料ガスを交互に供給することにより超格子構造再配列が連鎖的に起き、結晶成長が進行する。1サイクルあたりの成長膜厚はSi原子の吸着量によって決定されるがこれは表面超構造に依存しており、表面超構造を正確に同定することは原子層エピタキシ-制御に不可欠である。RHEED像において超構造ストリ-クの現れる各位置の輝度変化を実時間解析することにより表面超構造の構成が分かった。1層分のSiからなる(2×1)表面超構造が準安定に存在することが初めて明らかになり、SiCの原子層エピタキシ-が実現可能であることが判明した。2.<高品質SiC単結晶への青色発光中心添加>___ー 基板結晶の低指数面に数度の傾斜をつけて研磨し結晶の表面原子ステップ密度、高さを変化させた基盤を用いると低温でも高品質のSiC単結晶成長が可能である。エッチピット密度は基板より2桁程度も低く鏡面の成長層が得られた。6HーSiCあるいは同じステップ制御エピタキシ-法を用いて製作した4HーSiCに青色発光中心として期待されているAl、Gaを添加し、発光特性を調べた。ホトルミネッセンス強度の温度依存性では、より深い準位となるGaの発光が高温まで持続しており室温での高効率青色発光中心として有望であることが判明した。

本研究は表面制御原子層エピタキシ-法を用いて広禁制帯幅半導体として注目を集めているシリコンカ-バイド(SiC)の高品質純正結晶を製作し、紫色を含む全可視領域にわたる光物性を制御することを目的とする。本年度においては、1.表面制御原子層エピタキシ-成長機構の解明、2.SiCのワイドギャップの特長を活かしてとくに短波長域の光物性を制御する。ことを2つの大きな課題として研究を遂行した。1.<表面超格子制御法におけるSiC表面超構造の同定>___ー ガスソ-ス分子線エピタキシ-法において、原料ガスを交互に供給することにより超格子構造再配列が連鎖的に起き、結晶成長が進行する。1サイクルあたりの成長膜厚はSi原子の吸着量によって決定されるがこれは表面超構造に依存しており、表面超構造を正確に同定することは原子層エピタキシ-制御に不可欠である。RHEED像において超構造ストリ-クの現れる各位置の輝度変化を実時間解析することにより表面超構造の構成が分かった。1層分のSiからなる(2×1)表面超構造が準安定に存在することが初めて明らかになり、SiCの原子層エピタキシ-が実現可能であることが判明した。2.<高品質SiC単結晶への青色発光中心添加>___ー 基板結晶の低指数面に数度の傾斜をつけて研磨し結晶の表面原子ステップ密度、高さを変化させた基盤を用いると低温でも高品質のSiC単結晶成長が可能である。エッチピット密度は基板より2桁程度も低く鏡面の成長層が得られた。6HーSiCあるいは同じステップ制御エピタキシ-法を用いて製作した4HーSiCに青色発光中心として期待されているAl、Gaを添加し、発光特性を調べた。ホトルミネッセンス強度の温度依存性では、より深い準位となるGaの発光が高温まで持続しており室温での高効率青色発光中心として有望であることが判明した。