RF-MBE法によるInNの結晶成長とナノ構造の作製(窒化物及び混晶半導体デバイス)  [in Japanese] Epitaxial Growth of InN Films and InN Nano-Columns by RF-MBE  [in Japanese]

窒化物半導体であるInN結晶の高品質化が進み、その禁制帯幅が長い間信じられてきた1.9eVよりもはるかに小さく、0.8〜0.7eVであることがわかってきた。このためInNをベースとする近赤外域の光通信用デバイスなど、新しい分野への応用が期待され始めている。しかしながら、現時点でのInN結晶は残留キャリア濃度が10^<18>〜10^<19>cm^<-3>と高く、依然としてデバイス応用には不十分である。本研究では、RFプラズマで励起した窒素ガスを原料とする分子線エピタキシー(RF-MBE)法を用いてサファイア基板上にInN結晶を成長し、V/III族供給比依存性や成長温度依存性を系統的に評価し、高品質化の方向性を検討した。得られた結晶の室温における最高移動度は1190cm^2/Vs、キャリア密度は2-3×10^<18>cm^<-3>であり、良好な結晶性が確認された。また、量子閉じ込めナノ構造デバイスヘの応用を目指し、導電性GaN膜上に直径100nm程度の高密度なInN極微細柱状(ナノコラム)結晶を成長する条件を把握した。更に、超薄膜GaN層を埋め込んだInN/GaNヘテロ構造ナノコラムの成長も試みた。

Recently, the fundamental bandgap of InN was reported to be 0.8-0.7 eV, contrary to the previous knowledge of 1.9 ev, due to the improvement of crystal quality of InN films. Therefore InN will be a new attractive material for the optical communication. In this study, high quality InN films with the low residual carrier density were grown by rf-plasma assisted molecular beam epitaxy (RF-MBE) by changing the V/III supply ratio and growth temperature. The room temperature electron density of InN was reduced to be 2-3 x 10^<18>cm^<-3> and the electron mobility was 1190cm^2/Vs. Furthermore, the growth conditions of InN nano-columns were investigated and the growth of InN/GaN/InN hetero-nano-columns were also demonstrated.