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HORIKOSHI, Yoshiji
 
Affiliation
Faculty of Science and Engineering
Job title
Professor Emeritus
Degree
(BLANK) ( Tohoku University )
(BLANK) ( Tohoku University )

Research Experience

  • 1997
    -
    1998

    北海道大学量子界面エレクトロニクス研究所客員教授

  • 1997
    -
    1998

    Guest Professor, Hokkaido University, Sapporo

  • 1997
    -
    　

    - 早稲田大学材料技術研究所研究員

  • 1997
    -
    　

    東京大学大学院工学研究科講師

  • 1997
    -
    　

    - Professor, Kagami Memorial Research Laboratory for Materials Science and Technology, Waseda University

  • 1997
    -
    　

    Lecturer, University of Tokyo

  • 1995
    -
    1997

    東北大学電気通信研究所客員教授

  • 1995
    -
    1997

    Guest Professor, Tohoku University, Sendai

  • 1971
    -
    1996

    日本電信電話公社(現NTT基礎研究所)

  • 1971
    -
    1996

    Research stuff, NTT Basic Research Laboratories Exec. Manager, Physical Science Res. Lab., NTT(1990)

  • 1993
    -
    　

    英国インペリアルカレッジ客員研究員

  • 1993
    -
    　

    Guest Researcher, Imperial College, London

  • 1983
    -
    1984

    西独マックスプランク固体研究所客員研究員

  • 1983
    -
    1984

    Guest Researcher, Max-Planck-Institut fur Festkorperforschung, Stuttgart

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Education Background

  • 　
    -
    1946

    Tohoku University  

  • 　
    -
    1946

    Tohoku University   Graduate School, Division of Engineering  

Committee Memberships

  • 2001
    -
    2003

    応用物理学会  理事

Professional Memberships

  • 　
    　
    　

    Materials Research Society

  • 　
    　
    　

    電子情報通信学会

  • 　
    　
    　

    日本表面科学会

  • 　
    　
    　

    表面科学会

  • 　
    　
    　

    電気電子情報通信学会

  • 　
    　
    　

    応用物理学会

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Research Areas

  • Electric and electronic materials

Research Interests

  • 応用物理基礎物性

  • 固体物性Ⅰ（光物性・半導体・誘電体）

  • 電気電子工学

  • Applied Physics

  • Semiconductor & Dielectrics)

  • Solid-State Physics I (Optical Properties

  • Electronics Engneering

  • Electrical

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Awards

  • 応用物理学会SSDM92 Best Paper Award

    1993  

  • 科学技術庁長官賞研究功績者表彰

    1992  

  • 応用物理学会論文賞

    1989  

  • NTT本部長表彰研究会開発賞

    1987  

  • 電子情報通信学会論文賞

    1977  

  • NTT本部長記念盾

    1976  

  • 電子情報通信学会奨励賞

    1975  

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Research Projects

  • ワイドギャップ半導体からの光電子放出

    受託研究

    Project Year :

    2001
    　
    　
     

  • Photoelectron Emission for Wide Bandgap Semiconductor

    Funded Research

    Project Year :

    2001
    　
    　
     

  • 新しいエピタキシャル成長技術の研究

    受託研究

    Project Year :

    1996
    -
    2001
     

  • New Epitaxial Growth Techniques

    Funded Research

    Project Year :

    1996
    -
    2001
     

  • 量子ドット網構造半導体の研究

    受託研究

    Project Year :

    1996
    -
    2000
     

  • Semiconductor Quantum Dot Network

    Funded Research

    Project Year :

    1996
    -
    2000
     

  • フラーレン薄膜の形成と物性

  • ワイドギャップ半導体の成長

  • 低次元物性

  • 選択エピタキシャル成長とナノ構造

  • 量子効果デバイスの研究

  • ワイドギャップ半導体の結晶成長と物性に関する研究

  • 量子ドット網構造半導体の研究

  • Quantum Effect Devices

  • Crystal Growth and Characterization of wide-bandgap semiconductors

  • Semiconductor Quantum Dot Network

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Misc

  • Growth of ZnO on Si substrate by plasma-assisted molecular beam epitaxy

    N Kawamoto, M Fujita, T Tatsumi, Y Horikoshi

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS   42 ( 12 ) 7209 - 7212  2003.12

    　View Summary

    Epitaxial ZnO films have been grown on Si(111) substrates by molecular beam epitaxy using oxygen plasma. An initial Zn layer deposition followed by its oxidation produces a superior template for the subsequent ZnO growth and a low-temperature ZnO buffer layer improves the structural and optical properties of ZnO films. As a result, we succeeded in growing high-quality ZnO films directly on Si substrates. We observed cracks composed of straight lines along the principal axes of the Si(111) surface. These cracks are probably caused by the difference in thermal expansion coefficient between ZnO and Si. X-ray diffraction measurements reveal that ZnO films do not include a rotational domain and the full width at half maximum of the diffraction peak of ZnO(0002) is 0.23 deg. The linewidth of the neutral-donor-bound exciton emission at 3.365 eV is as small as 6 meV at 10 K.

    DOI

  • Growth of Be-doped p-type GaN under invariant polarity conditions

    S Sugita, Y Watari, G Yoshizawa, J Sodesawa, H Yamamizu, KT Liu, YK Su, Y Horikoshi

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS   42 ( 12 ) 7194 - 7197  2003.12

    　View Summary

    We have successfully grown Be-doped p-type GaN on a sapphire (0001) substrate. by radio frequency plasma assisted molecular beam epitaxy (RF-MBE) by conserving the surface polarity during growth. It is found that while the surface polarity of undoped GaN grown on a sapphire (0001) substrate is N-terminated, it changes from N- to Ga-terminated during the growth of Be-doped GaN. When this polarity change occurs, the resistivity of the grown layer is extremely. high. Moreover, a broad deep level photoluminescence distinctly appears around 2.0 eV. When an AlN buffer layer is used, a GaN layer on this buffer layer can be grown under the Ga-terminated condition. By growing Be-doped GaN on the Ga-terminated GaN, we have successfully grown Be-doped p-type GaN without the polarity change. In addition, the optical property of the sample is markedly improved. We have confirmed that the Be acceptor level is shallower than the Mg acceptor level by approximately 100meV.

    DOI

  • Growth of GaAs nanostructures by area selective epitaxy by migration-enhanced epitaxy

    Conference:Epitaxial Semiconductors on Patterned Substrates and Novel Index Surfaces 2003 (ESPS-NIS 2003)    2003

  • Selective growth of C60 layers on GaAs and their crystalline characteristics

    The 7th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures    2003

  • MBE growth of ZnO using initial Zn layer and MgO buffer layer on Si (111) substrates

    the 2003 North American Conference on Molecular Beam Epitacy    2003

  • Mn and Be co-doped GaAs for high hole concentration by LT-MEE

    the 2003 North American Conference on Molecular Beam Epitacy    2003

  • Optical and electrical characteristics of C60/GaAs

    the 2003 North American Conference on Molecular Beam Epitacy    2003

  • MnとBeを変調ドーピングしたGaAsにおける巨大磁気抵抗効果

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • Niイオン注入GaAsの電気的性質

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • RF-MBE法によるnon-popular GaNへのBeドーピング

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • C60/GaAs構造の選択成長と光学的特性

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • MEE法によるナノスケールチャネル構造の選択成長

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • RF-MBE法によるZnO薄膜への水素ドーピング

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • MaOバッファ層を用いたSi(111)基板上のZnO結晶の結晶性改善

    第64回応用物理学会学術講演会    2003

  • RF-MBE法によるGaN成長においてⅤ-Ⅲ族比が極性に及ぼす影響

    第50回応用物理学関係連合講演会    2003

  • イオン注入法によるGaAsドット網の形成

    第50回応用物理学関係連合講演会    2003

  • MEE法によるAlGaAs/GaAs量子井戸の選択成長

    第50回応用物理学関係連合講演会    2003

  • 低温MEE成長したGaAsにおけるアクセプター不純物のドーピング特性

    第50回応用物理学関係連合講演会    2003

  • Si(111)基板上のZnO結晶成長におけるMgOバッファ層の効果

    第50回応用物理学関係連合講演会    2003

  • Growth of Be-doped p-type GaN under Invariant Potarity Conditions

    Journal of the Surface Science Society of Japan   Vol. 24, No. 9  2003

  • Area selective epitaxy of anti-dot structure by solid source MBE depositon sequence

    Inst. Phys. Conf. Ser.   174  2003

  • Comparative study of p-type dopants, Mg and Be in GaN grown by Rf-MBE

    Inst Phys. Conf. Ser.   174  2003

  • Compositional nonuniformity in molecular beam epitaxy grown InAsSb on GaAs(111)A substrates

    Jpn. J. Appl. Phys.   vol.42  2003

    DOI

  • Molecular beam epitaxial growth of ZnO on Si substrate using ozone as an oxygen source

    M Fujita, N Kawamoto, T Tatsumi, K Yamagishi, Y Horikoshi

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS   42 ( 1 ) 67 - 70  2003.01

    　View Summary

    Epitaxial ZnO films have been grown on Si (111) substrates by molecular beam epitaxy using ozone as an oxygen source. An initial deposition of a Zn layer followed by its oxidation produces a Superior template for the subsequent ZnO growth. The reflection high-energy electron diffraction measurement suggests that the,initial Zn layer and ZnO film are rotated by 30degrees with respect to the Si substrate orientation. The X-ray diffraction measurement reveals that the as-grown ZnO films are strongly c-oriented and include no rotational domains. Although there exists a small trace of ZnO (10 (1) over bar1) domains, it easily disappears upon annealing at 1100degreesC for 1 min after growth. Low-temperature photoluminescence measurements indicate that the emission property is improved significantly after annealing. The bound-exciton emission at 3.354 eV is dominant and its full-width at half maximum is as small as 11 meV.

    DOI

  • Field effect of photoluminescence from excitons bound to nitrogen atom pairs in GaAs

    K Onomitsu, A Kawaharazuka, T Okabe, T Makimoto, H Saito, Y Horikoshi

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS   41 ( 9 ) 5503 - 5506  2002.09

    　View Summary

    Field effect of photoluminescence due to excitons bound to nitrogen atom pairs in GaAs has been investigated for uniformly doped and atomic-layer-doped samples grown on (00 1) GaAs substrates. The intensities of excitonic photoluminescence lines due to distant nitrogen atom pairs decrease much more rapidly than those from closer pairs when the electric field is increased. In addition, photoluminescence clue to tile nearest neighbor pairs in atomic-layer-doped samples exhibits much more stable characteristics than that Of Uniformly doped samples against an applied electric field, This stability is observed only when the electric field is applied in either the [110] or [(1) over bar 10] direction. This anomalous field effect can be explained by considering the electron trapping process to the isoelectric N traps modulated by the electric field.

    DOI

  • Improvement of Crystal Quality of GaN by Modulated Molecular Beam Epitaxy

    SSDM, Nagoya    2002

  • MBE growth of p-type GaN by Be doping

    Int’l Conference on Molecular Beam Epitaxy, San Francisco, USA    2002

  • Comparative study of p-type dopants, Mg and Be GaN grown by RF-MBE

    29th Int’l Symposium on Compound Semiconductors, Lausanne, Switzerland    2002

  • Area selective epitaxy of anti-dot structure by solid source MBE using MEE deposition sequence

    29th Int’l Symposium on Compound Semiconductors, Lausanne, Switzerland    2002

  • Growth of GaAs/InAs antidote structure by Solid-source MBE

    Jpn. J. Appl. Phys   Vol. 41, pp.2205-2207  2002

  • Sb surface segregation effect on the phase separation of MBE grown in AsSb

    Journal of Crystal Growth   237-239, pp 1519-1524  2002

    DOI

  • Modulation of PL recombination processes in N doped GaAs/Al0.33Ga0.67As SQW by electric field

    Inst. Phys. Conf. Ser.   No. 170, Chapter 6, pp. 407-411  2002

  • MBE/MEE growth nd characterization of C60-doped GaAs

    Journal of Crystal Growth   227/228  2001

    DOI

  • Substrate lattice constant effect on the miscibility gap of MBE grown InAsSb

    Journal ofCrystal Growth   227/228  2001

    DOI

  • Characteristics of Si and Be delta-doped GaAs grown by MBE

    Journal of Crystal Growth   227/228  2001

    DOI

  • Area selective epitaxy of anti-dot structure of GaAs by solid source MBE

    Journal of Crystal Growth   227/228  2001

    DOI

  • Photoluminescence Quenching by Optical Bias in AlGaAs/GaAs Single Quantum Wells

    Jpn. J. Appl. Phys.   Vol. 40 pp. 6477-6480  2001

    DOI

  • Transport characteristics of electrons in weak short-period two-demensional potential arrays

    Applied Physics Letters   vol. 79pp. 427-429  2001

    DOI

  • Free GaAs surfaces studied using a back-gated undoped GaAs / AlxGa1-xAs Heterostructure

    Physical Review B   vol.63245309  2001

  • Transport characteristics of electrons in weak short-period two-dimensional potential arrays

    Inst. Sym. Carrier Interaction in Mesoscopic Systems, Atsugi    2001

  • Growth of GaAs/InAs Anti-dot Structure by Sold Source MBE, Solid State Devices and Materials

    SSDM, Tokyo    2001

  • Transport characteristics of electrons in weak short-period two-demensional potential arrays

    Int’l Conf. Phys. Semicond. ICPS 2000, Osaka    2000

  • Characteristics of Si and Be co-doped GaAs grown by MBE

    11th Int’l Conf. on Molecular Beam Epitaxy, Beijin, China    2000

  • Area selective epitaxy of anti-dot structure of GaAS by solid source MBE

    11th Int’l Conf. on Molecular Beam Epitaxy, Beijin, China    2000

  • Growth and characteristics of C60 doped GaAs grown by molecular beam epitaxy

    11th Int’l Conf. on Molecular Beam Epitaxy, Beijin, China    2000

  • Substrate lattice constant effect on the miscibility gap of MBE grown InAsSb

    11th Int’l Conf. on Molecular Beam Epitaxy, Beijin, China    2000

  • Channel depth dependent transport characteristics of a two-dimensional electron gas in an undoped GaAs/AlGaAs heterostructure

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, 151  2000

  • Electric field induced recombination centers in GaAs

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, 123  2000

  • Electric field effect of GaAs photoluminescence in AlGaAs / GaAs pn heterojunction

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, 107  2000

  • Formation of a two-demensional electron gas in an inverted undoped heterostructure with a shallow chanel depth

    J. Appl. Phys.   vol. 87  2000

    DOI

  • Determination of the facet index in area selective epitaxy of GaAs

    J. Appl. Phys.   vol. 39  2000

    DOI

  • Selective area growth of GaAs and InGaAs on GaAs(111)B substrate by migration-enhanced epitaxy

    Inst.Phys.Conf. Ser.   166  2000

  • Ⅲ―Ⅴ族化合物半導体のエピタキシーと表面構造（半導体結晶成長：第4章）

    半導体結晶成長／コロナ社   pp.69-90  1999

  • Advanced Epitaxial Growth Techniques, ALE and MEE

    J. Crystal Growth / Elsevier   201/202(150-158)  1999

  • Area selective epitaxy of anti-dot stuructures of GaAs by solid source MBE

    Int. Symp. Surface Science／Tokyo    1999

  • Area selective epitaxy of InGaAs／GaAs by migration-enhanced epitaxy

    26<SUP>th</SUP> Int. Symp. Compouna Semiconductors (ISCS99)／Berlin    1999

  • Channel depth dependent transport charasteristics of a two-dimensional electron gas in an undoped GaAs/AlGaAs heterostructure

    26<SUP>th</SUP> Int. Symp. Compouna Semiconductors (ISCS99)／Berlin    1999

  • Determination of the facet index in area selective epitaxy of GaAs

    SSDM99／Tokyo    1999

  • Characteristics of a two-demensional electron gas in an undoped GaAS / AlGaAs heterostructure

    ISCS 99 (Berlin)    1999

  • Electric field induced recombination center in GaAs

    ISCS 99 (Berlin)    1999

  • Electric field effect of GaAs photoluminescence in AlGaAs / GaAs pn heterojunction

    ISCS 99 (Berlin)    1999

  • Selective area growth of GaAs and InGaAs on GaAs(111)B substrates by migration-enchanced epitaxy

    ISCS 99 (Berlin)    1999

  • GaAs結晶中の電界誘起再結合中心（Ⅲ）Electric field induced Recombination Center in GaAs

    第60回 応用物理学会   vol. 3  1999

  • GaAs中のN不純物に束縛された励起子による発光の電界効果

    第60回 応用物理学会   vol. 3  1999

  • GaAs基板上にMBE成長したInAs/GaSb量子井戸構造のホール効果

    第60回 応用物理学会   vol. 1  1999

  • MBE成長InAsSbのMiscibility Gapの観察

    第60回 応用物理学会   vol. 1  1999

  • GaAs基板上InAsの選択MBE成長における成長モ－ド

    第60回 応用物理学会   vol. 1  1999

  • Electric field induced recombination centers in GaAs.

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, pp.123-127  1999

  • Electric field effect of GaAs photoluminescence in AlGaAs／GaAs pn heterojunction

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, pp.107-111  1999

  • Area selective epitaxy of InGaAs／GaAs by migration-enhanced epitaxy

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, pp.39-43  1999

  • Channel depth dependent transport Characteristics of a two-dimensional electron gas in an undoped GaAs／AlGaAs heterostructure

    Inst. Phys. Conf. Ser.   166, pp.151-155  1999

  • Selective Growth of GaAs on GaAs(111)B Substrates by Migration-Enchanced Epitaxy

    Jpn.J. Appl. Phys.   vol. 38  1999

    DOI

  • Advanced epitaxial growth techniques: Atomic layer epitaxy and migration-enchanced epitaxy

    J. Crystal Growth   vol. 20  1999

    DOI

  • Characteristics of molecular beam epitaxy grown GaAs simutaneouly doped with Si an Be

    Jpn.J. Appl. Phys.   vol. 38  1999

    DOI

  • ワイドギャップ半導体の魅力

    日本結晶学会誌   25(1)  1998

  • Electric field induced recombination centers in GaAs"

    Jpn. J. Appl. Phys.   37(1622-1625)  1998

    DOI

  • Scanning tunneling microscopy study of GaAs(001) surfaces grown by migration-enhanced epitaxy at low temperatures"

    Jpn. J. Appl. Phys.   37(758-761)  1998

    DOI

  • 最近の化合物半導体エピタキシャル成長

    日本表面科学会講演会／仙台高専    1998

  • 化合物半導体のエピタキシャル成長

    日本表面科学会講演会／早大国際会議場    1998

  • Advanced Maleculur Beam Epitaxy

    10th International conference on MBE／カンヌ    1998

  • Phase Transition in the υ=2 Bilayer Quantum Hall State

    Phys. Rev. Lett.／アメリカ物理学会   80(4534-4537)  1998

    DOI

  • Sulfer Diffusion into GaAlAs with Various Al Content

    J. Appl. Phys.／アメリカ物理学会   84,10(5811-5813)  1998

    DOI

  • Suppression of AlGaAs/GaAs superlattice intermixing by p-type doping

    J. Crystal Growth   175/176(162-167)  1997

    DOI

  • In situ observation of MEE GaAs growth using scanning electron microscopy

    J. Crystal Growth   175/176(292-297)  1997

    DOI

  • Selenium doped high-index GaAs epilayers grown by molecular beam epitaxy

    Microelectronics Journal   28(743-747)  1997

    DOI

  • Electronic properties of monolayer steps on GaAs(001) surface studied by scanning tunneling microscopy

    J. Crystal Growth   175/176(304-309)  1997

    DOI

  • Hexagonal facet laser with optical waveguides grown by flow-rate modulation epitaxy

    J. Crystal Growth   170(719-724)  1997

    DOI

  • Surface atomic processes during flow-rate modulation epitaxy

    Applied Surface Science   112(48-54)  1997

    DOI

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Internal Special Research Projects

  • 原子配列制御エピタキシーによる半導体の新機能創出

    2009   西永慈郎, 河原塚篤, 竹内登志男

    　View Summary

    これまで単一光子生成や単一電子トランジスター等の開発に不可欠な良く制御された量子ドットの実現は困難であった。その理由は、ゼロ次元量子ドットに必要な微細構造を実現する方法として、自己組織化型のドット形成がほとんど唯一の方法であったが、この方法ではドットの密度や分布の制御が困難であり、かつ最も重要な点はである個々のドット位置の制御が不可能だったからである。事実自己組織化によって実現するドットは10nm径程度の微細化が実現しており、量子ドットレーザーの実現に大いに貢献した。しかしレーザーへの応用は多数のドットの集団的な特性を利用しているが、上述の応用のように個々の孤立したドットの機能が要求されるデバイスへの応用は不可能であった。本研究では、このような問題を解決し自在に微細構造を形成可能な技術として、「原子配列制御エピタキシー」を開発し、これによって半導体に新機能を付与する技術の確立を目指した。具体的には我々がこれまでに築き上げた精密エピタキシー技術をさらに進化させることにより、位置と形状及びサイズが良く制御された量子ドット構造を実現することである。本研究では、位置と形状を制御する方法として、MEE法による選択エピタキシャル成長を応用した。この方法では、GaAs基板上に形成されたSiO2膜に電子ビームリソグラフィにより微細パターンを形成し、その上に選択エピタキシャル成長を行った。しかしながら電子ビームリソグラフィによって実現できる微細構造のサイズは、充分な制御性が得られる範囲としては100nm 程度であり、量子ドットとして要求される10nm以下のサイズの実現は不可能であった。そこで二段構えの成長方法を取った。まず第１段としてGaAs (001) 表面のSiO2 薄膜上に100nm~200nmサイズの窓（穴）を形成し、その部分に選択エピタキシャル成長によってGaAs微細構造の形成を行った。MEEの成長条件を制御することにより、微細構造の形状を4つの斜面を{110} ファセットで覆われたピラミッド構造にすることができる。この場合成長時間を制御することにより、頂部に10～50nmの大きさの微小(001) 面をもつ構造を形成することができる。このような構造の表面を選択エピタキシャル成長の新たな基板とし、第２段のInAsの成長を行うと、頂部の(001)面にInAs の微小な（~10nmサイズ）量子ドットを形成することができる。斜面を形成する{110} ファセットにはInAsの成長が全く生じることはなく、成長は頂面の基板に平行な(001)面上にのみ生じる。この理由は、(001)面上の表面エネルギー密度が、{110}面上のそれよりもやや大きいことによる。このためピラミッド頂部に10nmサイズの量子ドットを再現性良く形成することが可能になった。さらにその上にInGaAs閉じ込め層を成長させることにより、発光効率の高いInAs量子ドットを実現した。さらにInAs量子ドットはGaAsピラミッド頂部の(001) ファセット上に1個づつ形成されていることが、フォトルミネッセンスの測定により明らかになった。一個の量子ドットからの発光は約200μeV程度で、測定システムの分解能を40nm）を考慮に入れれば単一量子ドットにふさわしいスペクトルが得られていると考えられる。今後これらの単一量子ドット機能の導出とその応用に向けた研究を進める。

  • 原子配列構造の制御による化合物半導体の再構築

    2007  

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    GaN系Ⅲ族窒化物半導体は、紫外波長域における発光ダイオード、レーザーに加え、室内照明用発光素子の材料として注目を集めている。これらのデバイスの性能の向上には高濃度ドーピングによるp型GaNの特性改善が重要である。これまでに結合長がGaに比べて長いMgと短いBeを共ドーピングすることにより歪みを補償し、アクセプターの活性化率を向上させることを試みた。しかしながら歪みは補償されるものの、Be-Mg結合に起因する複合欠陥の導入により活性化率は上がらなかった。本研究では共ドーピングによる歪みの補償効果を維持し、かつBe-Mg結合に起因する複合欠陥を抑制するためにMgドープ層とBeドープ層を4 nmの短い周期で交互に成長する空間分離ドーピングを試みた。ラマン分光測定により、成長した結晶中の局所歪みの評価を行ったところ、共ドーピングした試料で観測された禁制A1(TO)モードが、空間分離ドーピングにより大きく減少した。このことは、Be-Mg結合に起因すると複合欠陥の抑制により、結晶の局所的な歪みが減少したことを示している。空間分離をより完全にするために、各ドープ層の間に4 nmのアンドープスペーサー層を挿入したところ、禁制A1 (TO)モードは消失した。また許容E2 (high)モードの半値幅はアンドープGaNと同程度であった。これらの結果は、スペーサー層を導入した空間分離ドーピングを用いることにより、歪みの補償を行うとともに、Be-Mg結合に起因する複合欠陥の生成を抑制し、高品質の結晶を成長することが可能であり、この手法がp型GaNの特性改善に有効であることを示している。

  • 不純物の空間分離ドーピングによるGaMnAs磁気特性の向上

    2006  

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    GaMnAsは希薄磁性半導体材料の一つで、不揮発性メモリーやスピントランジスタ材料として注目されている。これらデバイスの実現には室温以上のキュリー温度が必要となる。キュリー温度は正孔と磁性原子Mnのスピンとの交換相互作用により決定され、これを上昇させるには高い正孔濃度とMn濃度が不可欠である。しかしMnを高濃度にドーピングすると、格子間Mn濃度が増加し、Mnによるアクセプタを補償したり、強磁性体MnAsが析出するなど、問題が生じる。したがってキュリー温度の上昇には格子間MnやMnAsの生成を減少させる必要がある。本研究ではMnドーピングの高濃度化を目指し、まず多層のδドープ構造を導入することを考えた。この結果GaMnAsの磁気特性は、δドープ構造の層間間隔に強く依存することを発見した。さらに層間間隔と磁気特性の関係を明らかにし、GaMnAsにおける強磁性の発現機構を詳細に調べた。これによってMnドーピング構造の最適化を行い、キュリー温度を上昇を実現した。Mnδドーピングにおける層間間隔の影響を調べるため、MEE法を用いて100層のδドーピング層を含むGaAs/MnGaAs試料を成長した。δドーピング層の層間間隔を0～15MLの間で変化させた。δドープピング層のMn濃度は7%であり、層間はGaAsで満たした。このため各試料に含まれるMn原子の総数は等しいが、層間間隔が広い程体積あたりのMn原子数は減少する。層間間隔を広げることにより、格子間Mnの形成あるいはMnAsの析出は著しく抑制された。一方強磁性の発現はMn濃度に依存することから、層間間隔の違いにより磁気特性に変化があらわれた。成長した試料の磁気特性を評価するため、10 Kにおける磁化の磁場依存性を測定した。この結果層間間隔を広くする程、保磁力が低下し、9 ML以上ではヒステリシスループは消失した。一方、飽和磁化は層間間隔が広い程大きくなることが明らかになった。さらにキュリー温度は層間間隔が2～3MLで最大となり、さらに広くなるにつれて低くなることが明らかになった。層間間隔が狭いほどMn原子間の距離が短くなり、Mn原子間の相互作用が大きくなる反面、層間間隔が<2MLと狭い場合Mn濃度が上昇し、格子間Mn濃度が増加するためと考えられる。以上のように本研究ではδドーピングの層間間隔を最適化することにより、GaMnAsの磁気特性を上昇させることに成功した。この知見をもとにGaMnAsの構造最適化を進め、さらなるキュリー温度の上昇を実現する。

  • 単一イオン注入による半導体ナノデバイスの研究

    2004   大泊　巌, 品田　賢宏, 小野満　恒二

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    本共同研究の目的は大泊研究室で開発された濃度、位置ともに極めて高い精度で制御できる集束イオン注入技術を堀越研究室で成長したⅢ-Ⅴ族化合物半導体に応用し、イオン注入に伴う新しい効果を発見することである。イオン注入による特異な現象として，集束イオン注入によるⅢ-Ⅴ族化合物半導体の局所的絶縁化や、異種原子の規則的クラスター形成などがよく知られている。我々は、GaAs基板にInを注入し熱処理したところ、注入した領域を中心とする微小な結晶が再成長することを発見した。この現象を利用すると集束イオン注入によって位置を完全に制御したドットを自由に形成することが可能であり、半導体量子ドット形成技術に発展できるものと期待できる。集束イオン注入装置を用いて，GaAs基板にInイオンを注入した。GaAs(111)B及び(001)面上に、Inイオンのビーム径100nm、加速電圧30kVを一定とし、dose量を変化させて、dot状に注入を行った。熱処理時にGaAs基板表面のAsが解離するのを防ぐためInAs基板を密着させ、600℃と700℃において１分間の熱処理を行った。このときの表面構造をSEMによって調べた。Inイオン注入直後のGaAs表面にはほとんど変化は見られなかったが、その後の熱処理によって、注入した領域を中心とするピラミッド状の微結晶が出現した。出現した微結晶は基板の結晶方位を引き継ぐfacetが形成されており、これらの微結晶の結晶性は非常に高いと言える。微結晶形成のメカニズムとして，熱処理時にイオン注入された領域の周囲のGaAs分子が，イオン注入された領域へと移動し微結晶を形成するためである。熱処理温度を上昇させると、移動するGaAs分子の数が多くなり、微結晶のサイズが大きくなることからもわかる。この微結晶形成の原因として、GaAs結晶中にInが注入されたことによる局所的な歪みであると考えている。微結晶のサイズが熱処理条件に依存することから、条件の最適化により量子ドット形成も可能であると期待できる。今後，微結晶形成のメカニズムのさらなる解明と，サイズの制御を目標に研究をすすめる予定である。

  • 超高密度不揮発性ナノメモリーの提案

    2004   小野満　恒二

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    【はじめに】ペロブスカイト系Mn酸化物の、PrCaMnOは、パルス電圧を印加すると、抵抗を大きく変化させるコロサル型磁気抵抗効果(CMR効果)を発現することで知られている。特に、パルス印加方向を逆転させると、抵抗値が振動し、また可逆性に優れているため、ＲＲＡＭ材料として注目を集めている。また、このＣＭＲ効果は、結晶を薄膜にすることで、発現する温度（Ｔｃ）の向上が見込まれ、今回スパッタ法によりサファイア基板上にPrCaMnO結晶を成膜した。また、同時に、Si基板、ガラス基板、金属基板上への成長を見込み、スパッタプロセスで作成可能なバッファー層として期待されるGa2O3の探索も行った。【マグネトロンスパッタ法で作製したGa2O3薄膜】酸化物半導体β-Ga2O3単結晶は固有な性質として約5.0eVと大きいバンドギャップを持ち、酸素欠陥による導電性を示すことから、従来の半導体にない極紫外光に透明な導電性薄膜や新しいデバイスへの応用が期待されている。単結晶はこの優れた特性にもかかわらず容易壁開性、大きい導電率の異方性を持つことから、応用面の開発には薄膜堆積技術の進展が不可欠である。今回我々は、サファイア基板上に、マグネトロンスパッタ法を用いてGa2O3薄膜を成長した。XRD測定から、基板温度の増加とともに、アモルファスから多結晶β-Ga2O3へと変化した。サファイア基板を用いた場合、基板温度を360度以上とした場合、(-201)配向したβ-Ga2O3 薄膜が成長することがわかった。図1に、成長時の基板温度を変化させた時の室温で測定したカソードルミネッセンススペクトルを示す。アモルファスでは発光は観察されなかったが、多結晶β-Ga2O3ではグリーン発光をしていることがわかった。【スパッタ法によって作製したPrCaMnO結晶の室温ＣＭＲ効果】今回実験に用いた試料は、サファイア基板上に成長温度410度で200nm成膜した。この結晶をカソードルミネッセンス（CL）測定したところ、1.89eVおよび3.77eV付近に発光ピークを確認した。この結晶表面に、Au電極を0.5mm間隔で蒸着し、電極間に30V、10msのパルス電圧を印加した際の抵抗の変化を調べた。その結果、抵抗値の変化は可逆ではあるものの、印加方向、印加回数によらずランダムに変化した。これは、電極の面積が大きいため、印加パルスにより、相転移が様々な領域で発生し、パルスによる抵抗制御が不完全となったためと考えられる。今後、電極の形状、材料の選択により、安定したCMR効果の発現を目指す。

  • 半導体ヘテロ接合およびショットキー接合における接合近傍の結晶欠陥評価とその制御技術の研究

    1996  

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    　半導体のp-n接合、ヘテロ接合、ショットキー接合などにおける結晶欠陥の研究はデバイスの特性向上のうえで重要である。このような欠陥に対する評価手段として、これまで主にDLTS法が用いられてきた。この方法はエネルギー的に深いトラップを評価する方法で、接合から比較的遠い部分のトラップの評価には適しているものの、接合近傍のトラップの検出は不可能であった。接合近傍の欠陥の評価法として、我々は順バイアス電流印加時の雑音が接合のトラップの存在に敏感であることを発見し、これを有効な欠陥評価手段として完成させるため、この研究計画を実行することとなった。界面にトラップがあると、そのトラップに高速で充放電が生じるため、バリヤ高さが高速で変調をうける。これによって特定の周波数の雑音が増加するため、トラップの評価が可能になる。　今回は金属/GaAsショットキー界面について調べたが、GaAsのMBEによる成長後、連続して金属(A1)をMBE法で推積することにより、成長後に金属を蒸着する従来の方法に比べてトラップ密度が著しく低減することが明らかになった。これら二種類のショットキーダイオードについて10kHz～200MHzまでの周波数範囲で雑音測定をおこなったところ、10kHz～1MHzの比較的低周波領域で通常の方法で製作したダイオードでは雑音温度が高く、かつサンプル温度を低減させると、それがさらに上昇することが確認された。これに対し、金属をGaAs成長と連続して成長させたダイオードでは雑音温度は上記は周波数範囲で著しく小さく、かつサンプル温度によって変化しないことが確認された。これによって後者のダイオードでは接合付近のトラップ密度が無視できるほど小さいことが明らかになった。今後この方法によるトラップの深さや密度の定量的な決定法を検討していく予定である。

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