秩父研2010年度研究テーマ

秩父研究室　Ｈ２２年度
東北大学　多元物質科学研究所
窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター

■はじめに

Planet Conscious Laboratories
秩父研究室では「光と電子の機能融合」に基づき低環境負荷半導体材料を用いた機能性光・電子デバイスの形成を目的とし、大気を構成している窒素(N)や酸素(O)が主原料であるGaNやZnOを基盤とする「ワイドギャップIII族窒化物半導体、II族酸化物半導体材料・ナノ構造・デバイス」を取り上げ、その基本技術であるエピタキシャル成長を通じてメゾスコピック・ナノ構造の創成を行い、時間空間分解による光量子物性等の学際的な研究を行う一方、量子効果デバイス（紫外線・純青・純緑色半導体レーザーや光と励起子の連成波デバイスなど）の形成など、システムからデバイスの理解、層構造形成や結晶成長などのものつくりにも重点をおいています。

■環境と地球に優しい半導体

「窒化物半導体」

窒化ガリウム(GaN)は InNやAlNと混晶化させることでバンドギャップエネルギーを0.65～6.04eVまで変化させることが出来ます。このため光通信波長（近赤外線）、可視光、紫外線領域を全てカバーできる発光・受光素子材料として応用が可能です。最近では、窒化物半導体を用いた純青色・深紫外線領域で動作する発光素子開発が盛んに行われています。

「酸化物半導体」

酸化亜鉛(ZnO)は励起子の束縛エネルギーが59meVと大きく、MgZnOとのヘテロ構造において「励起子効果」が顕著な高効率紫外線光源材料として、また超低閾値紫外線コヒーレント光源（ポラリトンレーザ）への応用が期待されています。　

様々な半導体のバンドギャップエネルギー

　　■平成22年度の研究テーマ

★	窒化物・酸化物半導体量子・ナノ構造における光学遷移過程の解析
	（一部は科学技術振興機構中村不均一結晶プロジェクトテーマ）
★	AlGaInN 系超薄膜のアンモニア分子線エピタキシー(NH₃-MBE)成長と光物性
★	酸化物半導体MgZnOのヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシー
★	非極性GaN系量子構造の有機金属化学気相エピタキシー(MOVPE) 成長とデバイス化
★	Cu (Ga,In)Se2カルコパイライト型化合物半導体の成長と
	高効率薄膜太陽電池の光物性・試作　　(東京理科大学との共同研究)

　　■主な実験設備

秩父研の所有するいくつかの実験設備は自作によるものです。
★	有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）　（大改造/半自作）
★	アンモニア分子線エピタキシー(NH₃-MBE)　（ガス系は完全自作）
★	ヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシー（ＨＷＰＳＥ）　（自作）
★	ヘリコン波励起プラズマスパッタ（HWPS）　（プロトマシン・SANYU電子と共作）
★	電子ビーム・抵抗加熱蒸着装置　（自作）
★	高精度擬似9軸X線回折装置
★	原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
★	走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
★	フェムト秒チタンサファイアレーザ
★	空間分解SEM/カソードルミネセンス（CL）複合装置　（改造）
★	温度可変カソードルミネセンス（CL）装置　（自作）

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