オプトエレクトロニクスデバイスへの応用のための窒化ガリウムナノワイヤーの合成とその構造・特性の調整

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[反応性蒸着によるGaNナノワイヤーの合成]BNのボートに入れた高純度のGaを石英製の反応管で加熱した。加熱炉としては赤外線ゴールドイメージ炉を用い、触媒ナノ粒子をコートした基板を石英管他端に置かれたBNボートから離して設置した。ボートに入れたGaは1000℃まで昇温し、石英管に無水のアンモニアガスを流すことにより反応させた。結晶性がよく、化学量論比のGaNナノワイヤーを得るため、堆積時間、NH_3流量、基板温度を最適化した。GaNナノワイヤーを成長させるため、GaN、GaとGaNの混合物、酸化Gaもまた原料として用いた。[構造と特性の評価(1)]作製したGaNナノワイヤーの径に依存した構造の詳細について、X線回折装置、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡で測定を行った。金属と半導体のナノ粒子において、ある臨界値以下で粒径が減少すると結晶学的構造が対称性の低い状態から高い状態に遷移することは周知の現象である。GaNは二つの結晶学的構造、すなわち、六方晶と立方晶が知られている。これまでGaNナノワイヤーの結晶構造に対するナノワイヤーの径と次元に関する研究は行われていなかった。本研究ではGaNナノワイヤーの径による構造変化の可能性に焦点を当てた。GaNナノワイヤーの組成に対する成長パラメーターの影響を研究するためにX線光電子分光分析(XPS)装置を用いた。XPSはまたGaNナノワイヤーの原子と電子の間の結合エネルギーに対する量子サイズ効果を研究するために広範囲に使用した。これにより異なった径のGaNナノワイヤー中に様々な電子レベルがいかにして閉じ込められるかの明確で直接的な描画を可能とした。