金属埋込み選択成長法によるGaN成長層の高品位化及び低転位化

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650308
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 福家 俊郎 静岡大学, 工学部, 教授 (00022236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角谷 正友 静岡大学, 工学部, 助手 (20293607) ; 高野 泰 静岡大学, 工学部, 助教授 (00197120)
• Keywords: 化合物半導体 / 窒化物 / 選択成長 / 有機金属気相成長法 / 転位密度 / 高品位化

Research Abstract

本研究は、より高品位GaN薄膜結晶を得るために、金属ドットをGaN成長層中に埋め込み、基板界面で発生する貫通転位などの欠陥密度を低減する可能性を示すことを目的としたものである。得られた研究結果を以下に示す。
(1)サファイア基板上に有機金属気相成長法により成長させた0.6μm厚のGaN層上に金属のみを堆積させ、金属ドットを形成させる実験を、Al,Mg,In,Gaについて試みたが、Gaのみがドットを形成し、選択成長用マスクとして利用できることが解った。
(2)形成されるGaドットはGaの堆積量が多いほど凝集効果が顕著になり、サイズは大きく、密度は小さくなる。Gaの平均堆積量が50nm程度の場合、平均直径850nm、密度1×10^8/cm^2、ドットの面積占有率57%程度であった。
(3)Gaドットを埋め込むGaN再成長層の成長速度が速いほどGaドットを埋めやすくなり、再成長層の結晶性も向上する。ラテラル成長しやすくなっていると考えられる。
(4)GaN再成長層上に堆積したInGaN層のピット密度を走査電子顕微鏡で観察することにより再成長GaN層の欠陥密度を評価した結果、Gaドット埋め込みなしの試料(5×10^9/cm^2)と比較して、埋め込み結晶では欠陥密度が4×10^8/cm^2に減少した。
(5)X線回折法(ωモード)により格子の揺らぎを測定した結果、GaN再成長層の結晶格子の傾きは小さい、などの結果を得た。
以上により、これまでに開発されてきた酸化シリコン膜等を用いた欠陥低減手法と比較して、特別なマスク形成プロセスを必要とせず、非常に簡単なプロセスにより欠陥密度を低減できる可能性が示された。