新規基板材料二ホウ化ジルコニウム上へのGaN系窒化物のエピタキシャル成長及びナノ構造の作製

GaN系窒化物半導体は緑色〜紫外線領域に相当するバンドギャップを持つ半導体材料であり、次世代の高輝度・高効率発光デバイス材料として大きな期待を集めている。発光ダイオードは既に商品化され広く用いられるようになってきたが、紫外線レーザーについてはまだ十分な性能のものは実現されていない。その一つの要因として、適切な基板材料が存在しないことが挙げられる。二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)はGaNとほぼ等しい格子定数を持ち、また、熱伝導率、電気伝導率、劈開性に優れた理想的なレーザー用基板である。ZrB2上にGaNのエピタキシャル結晶成長が可能なことは、研究代表者により4年前に実証されたが、得られたGaN結晶の品質はまだ不十分であり、ZrB2の格子整合という利点を引き出すには至っていない。本研究では、さらなる高品質化のために、ZrB2上へのGaNの結晶成長プロセスの改善や、AlNを含んだAlGaN混晶の利用による完全格子整合などをに取り組んだ。本研究によりこれまでに得られた成果を総合し、ZrB2の表面状態とその上に成長したGaN系窒化物の結晶性との関係を総合的に理解し、もっとも高品質なGaN系窒化物結晶の得られる条件を選定した。本研究により見出された、ZrB2の数種類の表面超構造について、その起源、表面モデルなどについて検討を進めた。

GaN系窒化物半導体は緑色〜紫外線領域に相当するバンドギャップを持つ半導体材料であり、次世代の高輝度・高効率発光デバイス材料として大きな期待を集めている。発光ダイオードは既に商品化され広く用いられるようになってきたが、紫外線レーザーについてはまだ十分な性能のものは実現されていない。その一つの要因として、適切な基板材料が存在しないことが挙げられる。二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)はGaNとほぼ等しい格子定数を持ち、また、熱伝導率、電気伝導率、劈開性に優れた理想的なレーザー用基板である。ZrB2上にGaNのエピタキシャル結晶成長が可能なことは、研究代表者により4年前に実証されたが、得られたGaN結晶の品質はまだ不十分であり、ZrB2の格子整合という利点を引き出すには至っていない。本研究では、さらなる高品質化のために、ZrB2上へのGaNの結晶成長プロセスの改善や、AlNを含んだAlGaN混晶の利用による完全格子整合などをに取り組んだ。本研究によりこれまでに得られた成果を総合し、ZrB2の表面状態とその上に成長したGaN系窒化物の結晶性との関係を総合的に理解し、もっとも高品質なGaN系窒化物結晶の得られる条件を選定した。本研究により見出された、ZrB2の数種類の表面超構造について、その起源、表面モデルなどについて検討を進めた。