講演番号: 31a-L-35 CドープGaNの核反応分析: 格子間炭素とイエロールミネッセンスの相関について法政大学大学院産業技術総合研究所 ○水木庸介堀川大介佐野浩亮尾之上飛鳥栗山一男長谷川雅考坂本勲 1. 実験装置  出発材料 – GaN（0001）  炭化条件 – 炭化温度 1000℃ – 炭化時間３時間 – C２Ｈ６ flow 0.5ℓ/min GaN中のイエロールミネッセンス(ＹＬ,～２．２ｅＶ）の発光起源 1. VGa＋donor(or acceptor)の複合欠陥 3. 核反応分析（undoped GaN） 2. 核反応分析ＧａN：Ｃ 10cm Furnace Mylar film (12μｍ) 2. 格子間炭素(CI≧VGa) : Armitage et al. APL, 82, 3457 (2003) D2+：2.6 MeV Quartz Tube 目的核反応 GaN Pump Thermocouple 格子間炭素の同定→核反応分析 C２H６ Quartz Boat 6mm (a) 3 Ｎ:χmin~11 % 200 12C(d,p)13C 14N(d,p 15 4,5) N 16O(d,p )17O 1 14N(d,p 14N(d,p 0 200 400 3 4 <0001> oriented undoped GaN 400 ＲａｎｄｏｍＡｌｉｇｎｅｄ Ga(d,d) 300 Ｎ:χmin~4 % 200 12C(d,p)13C 14N(d,p 15 4,5) N 16O(d,p )17O 1 100 0 0 200 14N(d,p 14N(d,p 400 15 3) N 600 800 7.炭素と窒素の変位率 15 3) N 600 1,2) 15N 1.5 undoped GaN 4 ＲａｎｄｏｍＡｌｉｇｎｅｄ Ga(d,d) 300 0 N:σ(150° )~0.9mb/sr ＲａｎｄｏｍＡｌｉｇｎｅｄ Ga in GaN <炭素と窒素の変位率> 12C(d,p)13C 50 NORMALIZED YIELD ENERGY [MeV] 2 C-doped GaN 100 14N(d,p)15N 1 500 150 100 400 C:σ(165° )~95mb/sr 6. ＲＢＳ/チャネリング・ディップＣ:χmin~43 % 0 (b) C-doped GaN 100 ND=(χmin-χ0min)/(1-χ0min) 1 0.5 <炭素及び窒素の変位濃度> CI =nC×0.74 =2.7×1020cm-3 NI =nN×0.08 =3.2×1021cm-3 undoped C doped Ｃ:χmin~85 % 800 0 0 CHANNEL NUMBER 710 720 730 CHANNEL NUMBER 8. 格子間炭素(計算値） -2 740 -1 0 1 Carbon in GaN:3.7×1020cm-3 Nitrogen in GaN:4.38×1022cm-3 2 TILT ANGLE [degrees] 10. まとめ 9. フォトルミネッセンス (CI-CN)+3 CI+4 10 1 3.5 3.0 ENERGY [eV] 2.5 2.2 20 K CB 2.1eV(YL) 1.4eV VB CB 1.7eV 2.3eV(YL) VB 10 10 -1 (b) undoped GaN 10 10 A.F.Wright, J.Appl. Phys.92, 2575 (2002). 核反応分析測定結果から格子間にCが存在し、それによってN原子が変位を生じていることを同定した。 (a) C-doped GaN 0 炭素ドープＧａＮのＹＬの発光起源は格子間炭素による発光であると同定した。 -2 -3 400 Cの変位率~74 % Nの変位率~7.5 % ψ1/2=0.94° 50 PL INTENSITY [arb.units] 1 500 12C(d,p)13C ENERGY [MeV] 2 CHANNEL NUMBER 5. 核反応分析 NUCLEAR REACTION YIELD [counts] NUCLEAR REACTION YIELD [counts] 4. 核反応分析（C-doped GaN） NR Cross-section NUCLEAR REACTION YIELD [counts] はじめに 500 WAVELENGTH [nm] 600 1,2) 15N