Dynamic observation and theoretical analysis of initial O molecule adsorption on polar and -plane surfaces of GaN

GaNの極性および面上の酸素分子の初期吸着の動的観察および理論考察

角谷 正友*; 隅田 真人*; 浅井 祐哉*; 田村 亮*; 上殿 明良*; 吉越 章隆 

Sumiya, Masatomo*; Sumita, Masato*; Asai, Yuya*; Tamura, Ryo*; Uedono, Akira*; Yoshigoe, Akitaka

O分子ビームによるGaN表面[極性Ga面(+c), N面(-c)および無極性(100)()面]の初期酸化をリアルタイム放射光X線光電子分光法およびDFT分子動力学計算によって調べた。三重項Oが+c面のブリッジ位置において解離または化学吸着し、N終端-c面では、O分子は解離化学吸着のみであることが分かった。面では、Oの解離吸着が支配的であるが、極性表面に吸着したO分子の結合長および角度が異なることが分かった。スピンと極性を考慮した計算モデルが金属酸化物とGaNのデバイス界面の理解に有用であることが分かった。

The initial oxidation of different GaN surfaces [the polar Ga-face (+c) and N-face (-c) and the nonpolar (100) ()plane] under O molecular beam irradiation was studied by real-time synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy and DFT molecular dynamics calculation. The results predict that triplet O either dissociates or chemisorbs at the bridge position on the +c-surface, while on N-terminated -c-surface the O2 molecule only undergoes dissociative chemisorption. On the -GaN surface, although the dissociation of O is dominant, the bond length and angle were found to fluctuate from those of O molecules adsorbed on the polar surfaces. The computational model including both the surface spin and polarity of GaN is useful for understanding the interface between GaN and oxide layers in metal-oxide electronic.