分子線エピタキシー法による酸化ガリウム系深紫外発光ダイオードの作製と評価

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4.8eVの禁制帯幅を持つ酸化ガリウム(Ga_2O_3)半導体に着目し、分子線エピタキシー(MBE)による高品質結晶の育成と伝導性制御により波長300nm以下の深紫外領域での発光ダイオードを目指して研究を行った。結果としてGa_2O_3のキャリア再結合過程が予想以上に複雑であることがわかり、発光ダイオードを実現するには至らなかったが、光検出器やパワー電子デバイスへの展開に大きな道を拓くことができた。平成21年度の研究実績を以下に示す。1.Ga_2O_3基板を用い、O_2ラジカルソースMBEによりGa_2O_3および(AlGa)_2O_3半導体薄膜の成長を行う条件を検討した。Ga_2O_3基板を1000℃程度で酸素雰囲気中で熱処理を行うことで、Al組成0.4までステップフローによる平坦性および結晶性の優れたホモエピ成長膜を得ることができた。2.MBEで得られた薄膜の光学評価を行ったが、バンド端発光を得るに至らなかった。一方光吸収測定では直接遷移型のバンド構造を確認した。このことから、未知の緩和過程があることが示唆され、今後の基本的な光物性研究の必要性を提起した。3.発光機能の探索の一方で深紫外域の受光機能について調べた。Ga_2O_3基板によるショットキー型光検出器を試作したところ、高出力の深紫外光に対しても劣化することなく安定に動作する一方、通常の照明下で1.5nW/cm^2の深紫外光を検出する能力をもつことがわかり、高感度の炎検出を実証した。4.Ga_2O_3のデバイス応用に不可欠なプロセスとしてウェットエッチングの条件を探索し、硫酸、硝酸系溶液によるエッチング条件を見出した。