助教授 河村裕一・
講師 森本恵造
Pro艶ssor
1Lsso（証ate Profbssor
魎s㎞tPro艶ssor
Naohisa Inoue
Y虹（hKawamura
Ke忽）Mo血oto1．研究現況（Current Projects）
至要 当分野では，電子・光デバイスの革新のために，
半導体などの材料とその加工プロセスを研究している．
主なテーマは，シリコンチップ用のシリコン結晶の欠 陥物理と評価，次世代光デバイスの提案とその材料の 分子線成長法および有機金属気相成長法による開発と 評価ならびにデバイス試作，ナノメータデバイス実現 のための原子レベル結晶成長機構の解析，加工・評価 技術の研究などである．
点欠陥・欠陥や不純物の挙動に関しては、IHP研究所
（独）、アテネ大学（ギリシャ）などを訪問して共同研 究を進めると共に、エクゼター大（英）、ノースカロラ イナ大（米）、MEMC社（伊）などと情報交換してい
る．
L2分子線エピタキシャル成長による化合物半導体量 子井戸構造の作製と応用（Growth of Compo1皿d
翫mioondu伽r Q㎜加m糊S㎞c㎞e Gmwn by
Molecu㎞Beam Epitaxy and Device Apphcat墨on）
1．1シリコン基板結晶の欠陥物理と欠陥評価（De鋤 Formation Ma6ha曲m hl Czodbralski S皿oon）
超しSI用などのシリコン単基板結晶中では，過飽和 の真性点欠陥（格子間原子及び空孔）や酸素・炭素・
水素・窒素などの軽元素が関与して，空洞欠陥や酸素 析出物などの二次欠陥を形成しデバイスの歩留まりを 低下させたり重金属汚染を吸収して歩留まりを向上さ せたりする．このため，欠陥評価・欠陥物理の理論的・
実験的研究と欠陥関連の評価法の国際標準化を進めて いる。特に欠陥低減技術として注目されている窒素ド ープに関連した研究や、検出限度以下とされている炭 素濃度の測定法の研究を進めている．
評価技術に関しては、窒素濃度の測定法の開発とその 国際標準化を進めている。赤外吸収による濃度測定法 を高度化し、巡回測定により効果を確認した。窒素濃 度が低下する動向に対応して、低濃度で主体となる単 量体の赤外吸収の候補を詳細に測定した．またSIMS、
放射化分析の巡回測定と合わせて標準化の見通しを得
た．
炭素濃度測定法については、窒素濃度測定で進めた測 定法の高度化、従来の直線ベースラインに代わるスペ クトル解析法を応用して、1014／cm3台前半の測定法を 確立した．また窒素複合体と共通の構造を持つ炭素・
酸素対の検出法を検討した．
欠陥の検出技術に関しては、国際標準化活動を進め電 子協規格を発行した．
InGaAsSbN系化合物半導体を用いた量子井戸構造は新 しい材料系として注目されており、InP基板上に作製 した場合は環境計測などで有用な波長2μm帯の赤外 量子井戸デバイスに応用可能である。またGaAs基板上 に作製した場合は光通信で有用な波長1．3μm帯デバ イスにも応用が可能である。本年度は分子線結晶成長 法を用いることにより、InP，基板上のInAsSbN赤外量 子井戸レーザダイオードを作製し、波長2．5μmでの 室温電流注入発光を実現するとともに、190Kにおいて 波長2．31μmのレーザ発振を実現した。これはこの材 料系での初めてのレーザ動作である。またGaAs基板上 のInGaASbN歪量子井戸構造も作製し、200Kで波長1．15
μmのレーザ発振を実現した。
1．3化合物半導体の有機金属気相成長法による作製と
その物性評価（Grow止of Compou皿d
Semjcond耐ors by Met』o㎎anic Vapor Pha8e Epitaxy and Theh Characbe血a廿。司
有機金属気相成長法（MOVPE法）を用いて窒化物半 導体を作製し、その物性制御を試みている。原料を基 板と平行に、不活性ガスを基板と垂直に導入する「ッ ーフローMOVPE法」は最も高品質な窒化物半導体を 作製できる方法であり、最近の200億円特許裁判でも 有名になったが、そのノウハウ等は公開されていない。
一45一
我々は数年間に及ぶ研究の結果そのノウハウを含め関 連技術を取得した。熱対流を制御することが最も重要 なことである。この成果を電子・光融合デバイスやサ ブバンド四脚四光デバイスの開発に応用する予定であ
る。
1．4ナノ生酔タテ塘イス・プロセスその他（Nalophase devices， mterials 8nd characterizat ion）
分子線成長法によりInP基板上に成長したInGaAsSbN 量子井戸層を高温熱処理することにより、バンドギャ ップが増大することを見出した。これは熱処理により 結晶内の原子の再配列が生じている可能性を示唆して
いる。
1．5光デバイスの園芸への応用⑭pplicationof Optic Devices for Hortic延1ture）
新材料であるGaN系を用いた発光ダイオードは交通 信号など多くの分野に採用されるようになり、将来照 明への応用が期待されている．室内園芸への応用を図 るべく、サボテンの栽培法の研究を農学部や外部など と共同で行っている．今期は培養土の水特性と生育条
・件の関係の検討を行い、水やり後の含水量が指数関数 的に減少することを明らかにし、その半減期の材料、
粒の大きさ、季節などに対する依存性を明らかにした．
2． 石汗多臓 （Publications）
2．1学会誌原著論文（Orig血皿A面des in Rdbreed Joumals）
1）Annea血1g Behavior of New Nitrogen In丘ared Absorption Peaks hl CZ S丑ioon
N．Inoue， M． Nakatsu， K江翌mahash乱H．
Y更mada・Kaneta， H． Ono， V D．Akhmetov；O．
Iysytskiy and H． Richter
Solid State Phenomena〜そ）ls．108−109（December 2005）pp．
609・614．
New nitrogen related面血ared absolption peaks were丘）und at 855，972，983 and 1002㎝氏The annea㎞g tempefature
dependen㏄㎝d ame聖血g㎞e de鉾nden㏄at 1㎜㎝d
11000C of these peaks were examhled and compared with 血ose of㎞own peaks。 They behaved simHarly widl those of 810and 1018㎝層l peaks and were attdbuted to the same s㎞c加re 血clud血g N−0 血terstitial pahl and oxygen 血1teπstitiaL NOOちw垣ch is closely related to shaHow themlal donors． They decreased at lower temperature and fhster at high temperature than nitrogen hlterstitial paセwith oxygen
interstit衙， NNOL It lb confirmed that N1可誌don血ant at
defed飴㎜a廿on麓ml胤a膿dur血g ooo㎞9岨e甲ow血・
There we爬no other absoq）tion peaks， such as those due to 血症ogen substitutiona1， hltprstitial and NO paヒ
2） Infセared 引Absorption Measurement of Carbon Concen ration Dovm to l×1014／6m3 in CZS避con N．lnoue and M．Nakatsu
Solid State Pレenomena、「㌧bls．108−109σ）㏄ember 2005）pp．
621−626．
Measurement of carbon oon㏄n紅ation in CZ siHoon by 血ed absolption spedroscopy was examined． Noise level ヰサ
was suppressed do㎜to 10 m unit of absorban㏄． Residual d血rential abso！ption betw㏄n the sample and re艶ren㏄was Iemoved by fitting the phonon absoIption spec㎞m to the background absoq）tion spect㎜． T血e e働ct of na∬ow㎞g of abso町｝tion spectral range was examined。 As a resu1ちit was possible to measule the d置blential carbon concent語tion ヨdo職to about 1×101cm．Me蹴ement of co㎜erci組
waf6r was also established．
3）赤外吸収法によるCZシリコン中の窒素の濃度測定と熱 処理挙動解析
井上直久，中津雅臣，棚橋克人，金田寛，小野
春彦
シリコンテクノロジrN6．68，pp．（2005．2）．
CZシリコン結晶中の低濃度窒素の測定と熱処理に対する 挙動の研究を赤外吸収法により行った。801cm冒1窒素吸収 ピークの内部で変化するバックグラウンド吸収に対するベ ースラインの引き方を検討し吸収係数を精度良く求められ るよヲこした。NOOiに起因すると考えられる810cm−i吸収 が低濃度結晶で支配的になると見られるsha皿ow then姻 donor濃度と対応することを明らかにした。これまで知られ ていないNOに起因すると見られる吸収ピークを見出した。
高温熱処理におけるNN， NNoi， Nooi， Noに対応す る吸収の時間変化を調べ、結晶成長後の欠陥形成領域 の温度の冷却仮定における振る舞いについて考察した。
4）1面SbN q㎜㎞wemおer di面es o賜田g at 2㎜
waveleng血region grown on h1P YKawam｝πa， T Nakagawa， N． lnoue Jpn． J． AppL Phys． voL44， No．35， p．L1112
1nAsSbN quantum wen laser diodes operating．at a 2一μm−wavelength re暫on were gro㎜by molecular beam epitaxy （MBE） on InP substrates． The em誌sion waveleng画of the ele（加lum血escen㏄（EL）was as long as 2．51μmat room temperature． hl addition， laser operation at 2．31μm w睾s obtained at 190K without post gmwth the㎜al a㎜e謡ing， where出e th爬shold cuπent densi妙was 4．1KA／cm2 and the To value est㎞ated ill the tempelature
㎜ge丘om 50回目to 190K was 60K．
5） 1君sing characteristics of IIIGaAsSbN quantum weU diodes tat 2μm wavelength region grown on lnP subsmtes，，
YKawamura， T Nalagawa， N． houe Jp焦脚pl． Phys． voL璃， No．8， pb㎜
hG肉SbN q㎜㎞1weU l㍑rdiωeso圃血g at a 2一μ In−wavelength region were grown by mol㏄ular beam epitaxy（MBE）on InP substrates and theh chalacteristics were studied． T㍉vo types of童aser diode with d雌lent Sb oompositions of O．014 and O．14 were compared， where the N composition was fixed at O．014． It was found that an increase ill Sb composition indu㏄s a marked redsh漁of the emission wavelength and a reduction in laslng出reshold CU∬ent 4ens醇
2．2国際会議論文（招待講演，あるいは，査読・プロ シーディングのあるもの）（Invited Papers at Confbrenoes and Papers Reviewed and P血ted hl Co11艶renoe Pr㏄eedhlgs）
μmwavelength 6
爬gion grown on h1P subs血にs YKawam見πa， T Nakagawa， N hloue
20051ntema征onal Con飴ren㏄of Sohs State Devi㏄and
Matedals， Septelnber 22−24， Kobe， Japan
hlGaAsSbN quantum wen laser diodes operating hl重he 2μmwavelength re暫on were grown by moIecular beam epitaxy （MBE） on InP subst翼ates and theh em盈sioIl p；oper樋es were studied． Two types of laser diodes with d臨rent Sb oomposition we1e oompared． It was lbund that
、an increase in the Sb compos雌on』indu㏄s a malked redsh漁 of the peak wavelellgth and a reduction of the sp㏄tra1韮ne width of the elec態olumines㏄nce （EL） spect】［㎜． A bluesh廷t of the EL peak energy and a reduc廿on of the EL sp㏄tral Hne width as weU as a marked enhan㏄ment of the EL intensity we＝e obtained by postgrowth rapid｛hermal a皿ealing． The Sb composition dependen㏄of the lasing characteris藍cs was a㎞studied． A c星ear redshi丘of the lashlg wavelength was observed by increashlg Sb oompositioI斗
2．4報告書その他（Reports and Other Publications）
1）科学研究費報告書「シリコン結晶中の窒素の状態変 化と濃度測定法の研究」
2）冬のサボテン、サボテンの系統、サボテンの原生地 の気候、マミラリアの系統と分布、井上直久、カクタ ス東京 No．437−442，（東京カクタスクラブ、2005）．
サボテン．の一日目井上直久、1．SJ．J． Newsletter No．79・82（国際多肉植物協会、2005）．
培養土の特性、井上直久、SAITAMAサボテン会員通 信、No。31（埼玉サボテンクラブ、2005）7・15．
刺座について、井上直久、サボテン信州、2005・2（信 州サボテンクラブ、2005）
2．5学会発表等（Presentations at Meet圭ngs etc）
2．5．1学会・国際会議（Presentatiαns at Meetings Gf 1）L㏄al vibration modes of shaHow themlal donors 血 ni㎞ogen40ped CZ s皿con crystals
N．Inoue， M． Nakatsu and H． Ono
TuP．12，23皿Int． Co㎡． De免cts in Semioonduc候）rs，
July 25・29， Awaji（2005）．
2）Annealillg Behavior of New Nitrogen In丘ared Absorption Peaks血CZ S丑ioon
N．Inoue， M． Nakatsu， K Tanahashi， H。
『Yamada・Kaneta， H． Ono， V D． Akh：netov；0．
工ysytskiy and H． Richter
Gettering and Defbct Enghleerjng in SemLiconductor 馳chnology 2005，（9／25・30、 G iens（France）、2005）．
3） In丘ared Absorption Measurement of Carbon
Concentration Down to 1×10監4／6m3 in C Z S皿con N．Inoue and M，Nakatsu
Gette血g and Defbct Enghleer血g hl Semioonductor Tbd㎞ology 2005，（9125・30、 G iens（F rance）、2005）．
4）窒素ドープCZ・Si結晶の赤外吸収測定（XW）高温 熱処理挙動の検討
井上直久禽、中津雅臣★、棚橋克人鼎、金田寛 2005年春柳町52回応用物理学会学関係連合講演会
（2005年3月29日一4月1日、埼玉大学、埼玉）．
5）cz・Si結晶中の低濃度炭素の赤外吸収測定 中津雅臣、井上直久
2005年春季第5盆回応用物理学会学関係連合講演会
（2005年3月29日一4月1日、埼玉大学、埼玉）．
6）窒素ドープcz−Si結晶の赤外吸収測定（xv）振動子宮 度比の決定
井上直久＊，＊＊＊、中津雅臣＊、棚橋克人＊＊，＊＊＊、金田寛
2005年秋季第66回応用物理学会学術講演会
（2005．09．07−11）徳島大学（徳島）
7）『CZ−Si結晶中の低濃度炭素の赤外吸収測定（ID高 精度測定法』
中津雅臣＊、井上直久
2005年秋季第66回応用物理学会学術講演会
（2005．09．07−11）徳島大学（徳島）
8）サボテンの水耕（5）一培地の検討 井上直久，山城勝一
園芸学会2005年春季大会、2005年4月3−4日筑波
一47一