分子線エピタキシ-法によるAIGaInN共振型紫外線受光素子の研究

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本研究では、窒化物半導体を用いた共振型紫外線受光素子を作製するための基礎技術として、RFラジカル窒素源を用いた分子線エピタキシ-(RF-MBE)法による高品質GaNの結晶成長条件を把握し、シャッター制御法によるAlGaN擬似三元混晶のAl組成制御技術を開発した。Ga分子線供給量を変えることにより、V/III族比が1近傍において結晶のグレイン化が抑制されることを見出した。GaN低温バッファ層の成長温度と厚さ、およびV/III族比を最適化することにより、ノンドープ結晶の残留キャリア密度が5×10^<15>〜5×10^<16>cm^<-3>まで低減され、Siド-ピングによるn型キャリア濃度が2×10^<17>〜3×10^<18>cm^<-3>の範囲で制御された。一方、MBE法の特徴であるシャッターによる分子線の急峻な制御を用いて、GaN/AlN短周期超格子を、周期や厚さを原子層レベルで変えて成長することにより、任意の組成を有する疑似的なAlGaN三元混晶の成長試みた。この手法により、AlGaN多重量子井戸構造を作製し、X線回折およびホトルミネッセンス法により、設計通りの構造が形成されていることを確認した。また、同手法により、組成の異なる2種類のAlGaNからなる半導体多層膜反射鏡の試作を行った。このシャッター制御法は、ヘテロ構造デバイス成長のための有効な手法として期待される。また、GaNの成長条件を制御することにより、直径55〜100nm、長さ1μm以上の均一かつ高密度なGaN極微細柱状結晶が自己形成されることを見出した。この技術は量子細線構造による高性能光デバイス(受光素子を含む)やホトニックバンド構造による自然放出光制御などへの応用が期待される。