GaNの結晶成長の原子レベル研究とデバイス応用
【研究分野】表面界面物性
【研究キーワード】
GaN / 走査トンネル顕微鏡 / エピタクシー / デバイス加工 / 表面構造 / エッチング / 分子線エピタキシー / ウルツ鉱型GaN / 表面再配列構造 / 塩素よるエッチング
【研究成果の概要】
バルクGaN結晶に関しては熱力学的な知見をベースに実用サイズの単結晶成長が実現しつつあるが未だ不十分で、デバイス製作のキーポイントとなるMOCVD, MBEの重要性はいっそう大きくなっている。にも拘らず、化学エッチングも含めてこれらの基本的デバイス生成プロセスの原子スケール、ナノスケールのダイナミクス、組成、構造に関する基礎的知見は未だ理解が進んでいない。本研究では、原子レベルでエピタクシャル成長とデバイス加工プロセスを研究し、これまで未解決の課題/問題を包括的に理解し解決に導き、実用化に必要な基礎的な結晶成長因子の解明を目標とした。本研究の主要な成果は以下のとおりである。
まず、SiCを下地基板としたGaN膜の超高真空MBEによる育成技術を確立し、Ga終端、窒素終端の両極性をもつ表面構造を原子レベルで制御性良く作成することが可能となった。その後、窒化物表面の構造安定性・エネルギー極小化の機構に関する統一的な理解を進めるため、表面原子配列構造のモデルの解析を進めた。様々な条件下で出現する表面超構造の状態図を調べ、供給フラックスがGa-rich, N-richのどちらの成長条件下においても、表面組成はGa-richになっていること、基本的な成長相:GaN(0001)2x2がECS (electron-counting scheme)を満足するGa-adatomモデルで説明される事などを明らかにした。
また、窒化物のドライエッチングに関しても原子レベルのメカニズムを解明する目的で、ハロゲンエッチング用の高精度な電気化学セル(solid-state electro-chemical cell)を開発し、既存のMBE-STM装置に装備して実験を開始した。その結果、エッチング機構の面指数、表面超構造依存性に関してデータを得て解析を行った。
【研究代表者】