選択成長法によるシリコン基板上への集積形窒化物半導体デバイスの作製に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305023
• Research Institution: NAGOYA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 澤木 宣彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70023330)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本田 善央 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (60362274) ; 田中 成泰 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 講師 (70217032) ; 山口 雅史 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (20273261)
• Keywords: GaN / 選択成長 / ダブルヘテロ構造 / 量子細線 / 面間拡散 / ファセット成長 / 光導波路 / 伝導性制御

Research Abstract

1.(111)シリコン基板上へのGaN選択成長により、底辺3ミクロンの台形ストライプ構造とAlGaN/GaNダブルヘテロ構造(DH)を作製し、GaNならびにAlGaNの膜厚と組成をREMとCLによって評価した。膜厚、組成の変化を解析し、ファセット面間での拡散現象を見出し、Ga化学種の拡散長を決定した。(0001)面上では500nm程度で、(1-101)面上では1300nm程度であり温度上昇と共に長くなった。
2.同上の手法でInGaN/GaN-DH構造を作製し(1-101)面上でInGaN均一膜が得られた。Gaの拡散長は1600nm程度で、成長速度が遅いことと一致した。(1-101)面上のCL像は均一でダークスポットが見られず貫通転位が少ないことと一致した。さらに、この試料において、(0001)面幅の狭いストライプ頂上にInGaN量子細線を作製した。CL像は極めて均一で転位が少ない高品質な量子細線が得られることが分かった。
3.(001)シリコン傾斜基板上に(1-101)面が基板と平行なInGaN/GaN-DH構造導波路を作製した。バンド端発光近辺の波長でも導波路損失は2桁小さく、高品質な導波路あるいは光学キャビティが得られた。
4.同上構造で成長時間を延ばし、ストライプを合体させ(1-101)面GaNを作製した。試料は温度によらずp型伝導を示した。SIMS組成分析では高濃度の炭素が見出された。(1-101)面は最表面がN原子で覆われた特殊な面であり、炭素がNを置換するのに有効に働いたと考えられる。
5.HVPE法により長時間成長を行うと、成長層が部分的に破壊されることがあった。この原因はGaとSiとの界面での反応によるものであることを明らかにした。この防止策としてAlN緩衝層を厚くする手法を提案した。

Research Products

• [Publications] X.Chen: "Effect of Al content on the microstructure in GaN grown on Si by MOVPE"phys.stat.solidi(c). 0-7. 2181-2184 (2003)
• [Publications] N.Sawaki: "Current -voltage characteristics and the band diagram of a (0001)GaN/AlGaN/(111)Si heterostructure"Proc.2003 Korea-Japan Joint Workshop on Advance Semiconductor Processes and Equipments, Gangneung. 193-198 (2003)
• [Publications] M.Mizushima: "Infrared Reflectance in GaN/AlGaN Triangular Stripes Grown on Si(111) Substrates by MOVPE"J.Korean Physical Society. 42-3. S750-S752 (2003)
• [Publications] T.Narita: "The surface diffusion of Ga on an AlGaN/GaN facet structure in the MOVPE growth"phys.stat.solidi(c). 0-7. 2154-2158 (2003)
• [Publications] Y.Nishimura: "HVPE growth of a thick GaN on a GaN templated (111) Si substrate"phys.stat.solidi(c). 0-7. 2506-2510 (2003)
• [Publications] Y.Honda: "The compositional non-uniformity in the AlGan capping layer of the AlGaN/GaN pyramidas grown on (111)Si substrate by selective MOVPE"phys.stat.solidi(c). 0-7. 2043-2046 (2003)