エピタキシャル薄膜における極性構造の原子レベル理解と新機能探索

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サファイア基板上に成長する窒化物半導体薄膜の極性構造を利用した新機能を探索した結果、可視光に反応する光触媒効果と紫外光に応答する光電効果を見出すことができた。TiO_2やSrTiO_3の光触媒効果よりも高い効果を示すGa面GaN薄膜とInを混晶化することによって、In組成11-30%のInGaN薄膜において可視光での光触媒効果を確認した。その効果はInGaN薄膜の質の向上とともに高くなる傾向があることがわかった。一方、GaN薄膜とAlを混晶化することによって、広バンドギャップを図り、Mg-dope(p型化)Al組成20-30%で320mn以下の光に対して10%以上の高い量子効率の光電効果を確認した。短波長の光に対する高感度センサーの可能性を示した。1つのサファイア基板上に2つの極性構造の異なるGaN薄膜を同時に成長させる(stereo-selective成長)新しい方法を開発した。これまでサファイア基板を硝酸溶液で処理することによってstereo-selective成長を実現していたが、wetプロセスのために微細化が困難であった。今年度高速電子線回折や電子線描画システムの電子源を高温水素処理したサファイア基板に照射するというdryプロセスによって数μmレベルで微細化されたGaN薄膜のstero-selective成長を実現した。