RF-MBE法を用いたTiマスク選択成長による規則配列InGaN／GaNナノコラムの作製

摘要

GaNナノコラムは結晶中に貫通転位を含まず優れた発光特性を有する。我々は可視全域で発光するInGaN／GaN量子井戸ナノコラムLEDの報告を行ってきたが、個々のナノコラムからの発光波長が異なるために発光スペクトルはブロードになる傾向があった。このようなナノコラムLEDの特性を改善するためにはナノコラムの位置と形状の制御が必要である。本研究では、Tiマスクを用いたGaNナノコラムのMBE法による選択成長に成功したので報告する。選択成長は成長温度に強く依存し、900℃以上において選択成長が観測され、過剰な基板温度の増加はナノコラム形状の不均一化を促した。また窒素流量の減少はナノコラムの横方向成長及び選択成長パターンのないTi薄膜上における自己形成GaN結晶の成長を抑制した。InGaN活性層のIn組成を変化させることにより青色から赤色の発光を実現し、規則配列化によるPL半値幅の低減を観測した。直径112nm、周期200nmをもつサンプルにおける低温と室温のPL積分強度比を評価したところ、77％と比較的高い値が得られた。%GaN nanocolumns have high optical properties due to dislocation-free nature. We report the fabrication of regularly arranged InGaN/GaN nanocolumns using Ti mask selective area growth technology by rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy (rf-MBE). The SAG of GaN nanocolumns strongly depended on the growth temperature (T_g), i.e.; at the T_g below 900 ℃, no SAG occurred, but above 900 ℃, SAG occurred. An excess value of T_g above 900 ℃ brought about an increased inhomogeneity in the nanocolumn shape. Uniform nanocolumn arrays were grown around the critical temperature of 900 ℃. A low supplied nitrogen suppressed the lateral growth of nanocolumn and the nucleation of GaN nanocrystals on the nitrided Ti thin layer. For regularly arranged InGaN/GaN nanocolumn arrays with different In composition, blue to red emissions were observed at room temperature and the PL-FWHM of those was narrower than those of self-organized nanocolumns. The ratio of PL integrated intensity at 300 K to that at 4 K was obtained to be 77% for a sample with 112 nm diameter and 200 nm period.