化合物半導体薄膜結晶の成長とその制御に関する研究

ワイドギャップIII-V化合物半導体、II-VI化合物半導体、I-III-VI_2化合物半導体は、GaAsやInP系統III-V化合物では不可能な新しい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素子や圧電性を利用した弾性表面波素子への応用を目的に、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が、薄膜結晶成長制御が不十分なため、欠陥物性、光物性、伝導性等の物性が制御された純度の高い薄膜結晶が得られていないのが現状である。本研究では、具体的な材料として、AlN、GaN、及びその混晶(ワイドギャップIII-V化合物)、ZnS、ZnSe及びその混晶(II-VI化合物)、更にCuGaS_2、CuAlS_2及びその混晶(I-III-VI_2化合物)を取り上げた。各分担者が開発しつつある新しい化学気相成長法(CVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)について、(1)格子不整合緩和手段と評価、(2)低温成長、(3)成長雰囲気の高清浄化と原料の高純度化、(4)基板及び成長層表面の原子層レベルでの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応用の基礎を築くことを目的としている。格子不整合緩和について、東北大 御子柴は、Al_2O_3基板初期窒化法を用いたAlNエピタキシャル成長に関して、初期窒化条件の最適化を行った。名古屋大 赤崎は、Al_2O_3基板上のGaN成長において、AlN緩衝層を用いることで結晶性、及び電気的・光学的性質を著しく改善することに成功した。京都工繊大 更家は、光照射形MBE法によるZn(SSe)成長における最適格子整合組成の究明を行った。長岡技大 飯田は、GaAs及びZnS/GaAs基板上の単結晶CuGaS_2)気相成長に成功した。低温成長に関して、静岡大 今井は、よう素添加水素輸送法によるZnS、ZnSe成長における低温化、結晶性の改善をはかった。原料の高純度化に関して東北大 御子柴は、酸素不純物が2ppmの高純度TMAを用いるとAlN薄膜の結晶性が改善されることを明らかにした。以上の様に研究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。

ワイドギャップIII-V化合物半導体、II-VI化合物半導体、I-III-VI_2化合物半導体は、GaAsやInP系統III-V化合物では不可能な新しい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素子や圧電性を利用した弾性表面波素子への応用を目的に、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が、薄膜結晶成長制御が不十分なため、欠陥物性、光物性、伝導性等の物性が制御された純度の高い薄膜結晶が得られていないのが現状である。本研究では、具体的な材料として、AlN、GaN、及びその混晶(ワイドギャップIII-V化合物)、ZnS、ZnSe及びその混晶(II-VI化合物)、更にCuGaS_2、CuAlS_2及びその混晶(I-III-VI_2化合物)を取り上げた。各分担者が開発しつつある新しい化学気相成長法(CVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)について、(1)格子不整合緩和手段と評価、(2)低温成長、(3)成長雰囲気の高清浄化と原料の高純度化、(4)基板及び成長層表面の原子層レベルでの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応用の基礎を築くことを目的としている。格子不整合緩和について、東北大 御子柴は、Al_2O_3基板初期窒化法を用いたAlNエピタキシャル成長に関して、初期窒化条件の最適化を行った。名古屋大 赤崎は、Al_2O_3基板上のGaN成長において、AlN緩衝層を用いることで結晶性、及び電気的・光学的性質を著しく改善することに成功した。京都工繊大 更家は、光照射形MBE法によるZn(SSe)成長における最適格子整合組成の究明を行った。長岡技大 飯田は、GaAs及びZnS/GaAs基板上の単結晶CuGaS_2)気相成長に成功した。低温成長に関して、静岡大 今井は、よう素添加水素輸送法によるZnS、ZnSe成長における低温化、結晶性の改善をはかった。原料の高純度化に関して東北大 御子柴は、酸素不純物が2ppmの高純度TMAを用いるとAlN薄膜の結晶性が改善されることを明らかにした。以上の様に研究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。