本研究では、GaN系ヘテロエピタキシーを原子レベルで解析して理解を深め、新たなデバイス材料創製に向けた基礎的知見・指導原理を得る事を目的とした。
1.UHVMBE-SPMの構築
III族窒化物のMBE成長表面構造の原子レベル評価・制御を完全に行うため、既有装置の問題点であったAsを排除し、絶縁性膜観察をも視野に入れた新たなUHVMBE-STM/AFM装置を構築した。
2.Si(111)上へのGaN成長とその極性の成長条件依存性
Si(111)上へのGaN直接成長でのGa/Nフラックス比の役割解明を試みた結果、成長初期にN-rich条件で核生成を行った後、二次元成長が可能なGa-rich条件に切り替える事でN極性膜が成長可能な事を見出した。
3.金属-GaNコンタクトの作製
GaN(0001)上に金属を蒸着して現れる金属-Ga合金相の構造をSTMで調べた結果、Auではc(2x12)構造が出現し、Agでは平坦な超薄膜が観察された。Ag超薄膜は室温で不安定な事から、良質なオーミックコンタクト形成の可能性は小さい事が示唆された。
4.GaNのハロゲンエッチング
ClをGaN(0001)に供給し、加熱前後の表面をSTM観察してエッチング素過程を調べた結果、Ga終端面ではbilayer-by-bilayerで進行し、加熱温度が低い場合にはステップ端、高い場合にはテラスのエッチングが観察され、それぞれ原子構造に由来する素過程が提案された。
5.ZrB_2薄膜を介したGaNのSi(111)上への成長
近年ZrB_2がSi(111)上にGaN薄膜を成長する際のバッファ層として注目されつつあり、このZrB_2薄膜の構造及びその上のGaN薄膜成長過程をSTM、AFM観察によって調べた。その結果、広い条件下でN極性膜が成長可能な事が判明し、それが界面でのZr-N原子間結合安定性に由来する事を示した。