【研究分野】表面界面物性

【研究領域課題番号】11355002 (KAKENデータベースで見る）

【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。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】35,200千円 (直接経費: 35,200千円)

【研究分野】固体物性

【研究領域課題番号】04452035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査電子顕微鏡 / エピタクシー / 表面構造 / 半導体表面 / 反射高速電子回折(RHEED) / 走査電子顕徴鏡

【研究成果の概要】

平成4年度には「結晶試料の表面状態検出用の小型真空槽」を作製し、これを超高真空走査電子顕微鏡(UHV-SEM)と連結した。これにより試料表面の構造は反射高速電子回折(RHEED)により、表面の元素分析は全反射角X線分光(TRAXS)により前もって詳しく調べ、その試料をUHV-SEM本体に移送し、そのまま真空を破ることなく、SEM観察ができる装置として完成させた。
次に、Si(111)上にAu、Ag、Bi、Ga、Inなどを蒸着し、これらのエピタクシー過程における表面構造や表面組成を詳しく調べ、同時にそれらの試料表面をSEMにより観察した。Si(111)-7×7表面上にBiを1ML(原子層)吸着させた表面には、3種類の明るさのコントラストB(β-√<3>×√<3>)、M(α-√<3>×√<3>)、D(7×7)が観察された。コントラストBやMは下地表面のステップや7×7構造の逆位相境界に沿って現れることも明瞭に観察された。
平成5年度は、SEM内で、TRAXSによるナノ領域の元素分析も行った。研究を行った試料はIn/Si(111)-7×7、In/Si(111)-4×1-In、In/Si(111)-√<3>×√<3>-Ga、Ga/Si(111)-7×7、Ga/Si(111)-√<3>×√<3>-Ag、Ag/Si(111)-√<3>×√<3>-Ga、などである。
特に、Si(111)-√<3>×√<3>-Ga上に、3原子層のInを蒸着した場合に形成される(In_2Ga)In構造は興味深いSEM像を示した。この構造は1つのテラス内では全面的に広がった非常に平胆な構造であることが明らかにされた。さらに、Inを多く蒸着すると、1つのテラス内には殆どステップを作ること無くInが1原子層づつ増加し、(In_2Ga)In_n(n=1,2,3...)と表現される様な興味深い構造になることを観察した。以上の様にUHV-SEMにより多くの興味ある有益な成果が得られた。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1992 - 1993

【配分額】6,700千円 (直接経費: 6,700千円)