2019 Fiscal Year Research-status Report
新規層状化合物バッファを適用したSi上GaAsエピ成長、および薄層剥離の研究
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18K04963
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
小島 信晃 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70281491)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / 層状化合物 / エピタキシャル成長 / 結晶成長 / 分子線エピタキシー / エピタキシャルリフトオフ / X線回折 / 結晶欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、III-V族化合物半導体デバイスの大幅な低コスト化、フレキシブル化を目指して、In2Se3層状化合物バッファを介してSi基板上にGaAsをエピタキシャル成長し、層状化合物の劈開性を利用して、成膜したGaAs層の薄層剥離（エピタキシャルリフトオフ）することを目的にしている。課題はGaAs層の高品質化であり、本研究テーマでは、In2Se3の結晶方位が回転したダブルドメイン成長を抑制するため、微傾斜基板の原子ステップがIn2Se3の結晶成長過程に与える影響を明らかにすることを目指す。
前年度までに、In2Se3の結晶成長方位をシングルドメイン化するためには、Si(111)微傾斜基板の傾斜方向が重要であり、傾斜方向が[1 1 -2]方向の場合にシングルドメインのIn2Se3膜が得られることを明らかにした。本年度は、傾斜方向が[1 1 -2]方向、 [1 -1 0]方向のそれぞれの基板の場合のIn2Se3膜の結晶成長について、X線回折による結晶評価の結果と、原子間力顕微鏡による表面モフォロジーの結果を比較し、Si基板とIn2Se3膜の界面での原子の結合の自由度について考察し、界面での原子結合のモデル化を行った。
また、In2Se3膜上にGaAsを成膜すると、約550度のGaAs成長温度にIn2Se3膜が耐えられず、In2Se3膜が構造変化し、2次元層状構造が維持できないことが明らかになった。そこで、In2Se3膜よりも耐熱性のある2次元層状物質GaSeをIn2Se3上に成膜してGaSe/In2Se3ダブルバッファ構造とすることで、その上にGaAsをエピタキシャル成長して、Si基板上から剥離できることを見出した。
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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
当初の予定通り、Si(111)微傾斜基板の傾斜方向がIn2Se3の結晶成長過程に与える影響を検討し、双晶のないシングルドメインのIn2Se3膜を得るためのメカニズムをモデル化した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの成果により、In2Se3の双晶発生の抑制のためには、基板の傾斜方向が重要であることが明らかになった。Si基板表面の水素終端が、ステップ端からのIn2Se3の成長核形成をエンハンスしている可能性もあることから、次年度は、Si基板表面の水素終端の有無の効果について検討する。成膜前のSi基板は、自然酸化膜形成を避けるため、基板洗浄後、HF処理により、表面ダングリングボンドの水素終端を行っているが、成膜チャンバーに基板を導入後、基板加熱により表面の水素を除去して、水素終端の有無の効果を確認する。
また、本年度の成果として、In2Se3膜よりも耐熱性のある2次元層状物質GaSeをIn2Se3上に成膜してGaSe/In2Se3ダブルバッファ構造とすることで、その上にGaAsをエピタキシャル成長して、Si基板上から剥離できることを見出した。次年度は、GaAsエピタキシャル層の低欠陥密度化を検討する。
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| Causes of Carryover |
成膜装置の故障により、計画した成膜回数を実施することができなかったため、成膜に使用する消耗品費が予定より少なくなった。
2019年度分からの次年度使用額は、2019年度に予定していた成膜実験の一部を次年度に行うための消耗品として使用する。
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