2016 Fiscal Year Annual Research Report
Basic research for realization of heteroepitaxial growth platform
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15H03558
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上山 智 名城大学, 理工学部, 教授 (10340291)
丸山 隆浩 名城大学, 理工学部, 教授 (30282338)
清水 一男 静岡大学, イノベーション社会連携推進機構, 准教授 (90282681)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヘテロエピタキシャル成長 / マイクロチャンネルエピタキシー / グラフェンマスク / グラフェンの直接成長 / 減圧マイクロプラズマ処理 / グラフェン減圧CVD / グラフェン析出法 / 無転位テンプレート基板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の二つのテーマに関連した内容を中心に研究を進めた。１）グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー、２）隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発、以下、それぞれのテーマについての進行状況を簡単に説明する。
１）グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー
グラフェンマスクを作製するために、銅箔を用いたグラフェン成長の条件導出、グラフェンの成長用基板上への転写、グラフェンマスクのREIによる加工条件の導出を、おこなった。以上の過程で種々の問題点が発生したが、それらを解決することにより最終的にグラフェンマスクの作製プロセスが完成した。次にこれらのグラフェンマスクを用いて、LPEによるGaAsのマイクロチャンネルエピタキシー、ならびに、MOMBEによるGaNの低角入射マイクロチャンネルエピタキシーを試みた。その結果、グラフェンマスクが実際の成長に使用可能であることがわかった。今後、グラフェンマスクを用いた残留応力の低減、成長層の超薄膜化等に関して調べていきたい。
２）隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発
上記のテーマを実現するために本年度は、主に成長の歩留まり向上のための基板前処理方法に関して調べた。昨年度、マイクロチャンネル部に残留する自然酸化膜が成長の歩留まり劣化の最大の要因であること、またそれがマイクロプラズマ処理により除去可能なことが判明したので、本年度はマイクロプラズマ処理の減圧化、アンモニア照射昇温との組み合わせに関し調べた。その結果、マイクロチャンネルに残留する自然酸化膜を完全に除去する条件の導出に成功した。さらに、プラズマにより変色するプラズマシートを用いて、プラズマ分布のキャリア流量依存性、処理圧力依存性を調べ、マイクロプラズマ処理のメカニズムに関しても検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
途中、MOMBE装置の基板ヒーター損傷、修理による成長実験に遅れはあったものの、本年度の最大の課題であった（１）グラフェンマスクによるマイクロチャンネルエピタキシーに成功したことは大きな進展となった。（２）隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発に関しては、成長の歩留まりの向上が重要課題であり、マイクロチャンネル中に残留する自然酸化膜の除去が歩留まりを下げる要因であることが昨年度判明していたので、本年はさらに減圧マイクロプラズマ処理を用い、加えて、アンモニアを照射しながら昇温すると言う手法と組み合わせることで、その完全除去に成功した。この成果を元にマイクロチャンネルエピタキシーに関する成長実験をおこなっていきたい。
以上の様な進行状況を鑑み、現在までの進捗状況は（２）おおむね順調に進展している、と判定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は以下に示す3つの課題に関して研究を推進する。
【グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー】昨年度のグラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシーの実験結果を受け、さらなる成長層の品質向上のため、グラフェンマスク作製法の改善をおこないたい。また、改善されたグラフェンマスクを用い、液相成長を用いたGaAsのマイクロチャンネルエピタキシー、有機金属分子線結晶成長を用いたGaNの低角入射マイクロチャンネルエピタキシー（LAIMCE)を試みる。
【グラフェンマスクを用いた横方向成長層中の歪みの低減】グラフェンマスクを使用することにより、マスクと成長層との滑り効果により成長中ならびに降温時に発生した残留応力を緩和することが可能となる。このような観点から残留応力の発生・緩和機構を詳細に検討することは、転位低減化のために重要な課題となる。
【a面GaN LAIMCEを用いたLEDの試作】LAIMCEを用いて低転位a面GaNテンプレート基板の作製をおこない、さらに、それを基板として用いGaN系LEDを試作する。a面GaNテンプレート基板を用いることで、基板と垂直方向のピエゾ電界を無くすることが可能のため、その上に作製したGaN系LED特性の大幅な向上が期待される。
目下のところ、おおむね順調に研究は進展しているが、問題点が発生した場合は、その場で適宜解決策を検討し、迅速な対応に心がけたい。
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