JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

4-24
Positron Beam Study on Vacancy Defects in GaCrN
Grown by Molecular Beam Epitaxy
A. Kawasuso a) , A. Yabuuchi a) , M. Maekawa a) , S. Hasegawa b) , Y. Zhou b) and H. Asahi b)
a) Advanced Science Research Center, JAEA,
b) Institute of Science and Industrial Research, Osaka University
Vacancy defects in GaCrN grown by molecular beam epitaxy have been characterized by energy variable positron beam.
Both positron lifetime and the Doppler broadening of annihilation radiation (DBAR) measurements show that the GaCrN
film grown at 540 °C contains vacancy defects. The observed vacancy defects are identified as eight-vacancy clusters.
Although the Si doping reduces such vacancy clusters probably due to the occupation of Ga sites, another type of vacancy
defects still survives. From the detailed theoretical calculation, the residual vacancy defects are attributable to SiGa-V N
complexes.
GaCrN 混晶は、有望な希薄磁性半導体として精力的
な研究がなされている。高温での CrN の相分離を回避
するため低温成長が試みられている。しかし、低温成
長条件では、空孔型欠陥の発生が問題となっている。
空孔型欠陥の抑制手段として Si 添加が提案されている
が、その効果は不明である。そこで本研究では、低温
成長条件下で、無添加及び Si 添加 GaCrN を作製し、陽
電子ビームによる空孔型欠陥の評価を行った。
化学気相成長法でサファイア基板上に成長した厚さ
2 m の GaN 膜上に、分子線エピタクシー法により
700 °C で 40 nm のバッファ層を成長させた後、540 °C
で GaCrN(Cr 濃度 0.7%)を約 500 nm で成長させ、最
後に 4 nm の GaN キャップ層を 700 °C で成長させた。
低速陽電子ビームを用いて、消滅ガンマ線のドップラ
ー拡がり測定と消滅寿命測定を行った。Projector
Augmented Wave 法 1) を用いて陽電子消滅特性の理論計
算を行い、空孔型欠陥の同定に役立てた。
Figure 1 の黒丸は、低温(540 °C)で GaCrN 層を成
長させた試料について得られた消滅ガンマ線ドップラ
ー拡がりスペクトルの S パラメータの陽電子エネルギ
S-parameter
0.46
0.45
0.44
0.43
0.47
0.46
0.45
0.44
T G=540 o C, Undoped
T G=540 o C, Si-doped
0.43
0 5 10 15 20
Incident Positron Energy, E / keV
Fig. 1 S parameter of the Doppler broadening of
annihilation radiation obtained for GaCrN films
grown at 540 °C with and without Si doping as a
function of incident positron energy.
JAEA-Review 2010-065
- 148 -
ー依存性(SE 曲線)である。参照用として MOCVD 育
成 GaN の SE 曲線を白丸で示している。無添加の場合、
GaCrN 層に相当する陽電子打ち込みエネルギー
(2-10 keV)の S パラメータが増大している。Si を添加
すると、S パラメータの増大は大きく抑制されるが、依
然として、参照 GaN 試料よりも高い値である。このよ
うに、低温成長条件下では、GaCrN 層に原子空孔型欠
陥が導入されること、Si 添加により原子空孔濃度また
は種類が変化することが分かる。
上で観測された原子空孔型欠陥を同定するために、
Fig. 2 に示すように、同時計数ドップラー拡がり測定を
行い、理論計算と比較した。無添加の GaCrN の測定結
果は、6 個から 12 個の原子空孔が集合してできたクラ
スターを想定することで説明できる。Si 添加した場合
は、Si 原子と窒素空孔の複合体(Si Ga-V N)または窒素
アンチサイトと窒素空孔の複合体(N Ga-V N)により説
明できることが明らかになった。
Reference
1) P. E. Blöh, Phys. Rev. B50 (1994) 17953.
N(p) of MBE GaCrN's / N(p) of MOCVD GaN
1.0
0.5
1.0
TG=540 o C, Undoped
V6 cluster (plannar)
V6 cluster
V8 cluster
V12 cluster
T G=540 o C, Si-doped
V N+N Ga
V N+Si Ga
0.5
0 10 20 30
Electron momentum (10 -3 m 0c)
Fig. 2 The Doppler broadening of annihilation
radiation spectra obtained for GaCrN films grown
at 540 °C with and without Si doping. The
incident positron energy is 8 keV.