GaN系単結晶層の高温スパッタエピタキシーとそのデバイス応用

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05276
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 六倉 信喜 東京電機大学, 工学部, 教授 (30166227)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: GaN系半導体 / スパッタリング法 / エピタキシャル成長 / 高温成長

Outline of Annual Research Achievements

当該研究は、高周波マグネトロンスパッタリング法を用いた高品質なGaN系半導体単結晶層の成長を目的としている。スパッタリング法を用いた薄膜形成は低温領域で行われる例が多いが、当該研究では比較的高い基板温度領域での成長について検討を行っている。また、基板上へ供給されるV/III原子比の制御は反応ガス（Ar/N2）の混合比によって制御可能であり、このV/III原子比を変化させた場合に得られるGaN層の特性について評価を行った。V/III原子比の変化により、GaリッチなGaN層からNリッチなGaN層まで成長が可能であることが解った。スパッタリング法によるエピタキシャル成長のメカニズムにおいては不明な点が多いため、この解明において大いに貢献すると思われる。
更に、Gaターゲット及びSiターゲットの同時スパッタにより、不純物ドープGaN層に成長を行った。Siターゲット表面の面積比を変化させることで、電子濃度の異なるGaN層が得られることが解った。Siターゲット表面の面積比を増加させることで、電子濃度が増加する傾向が見られた。しかしながら、電子濃度が比較的高い領域であったため、ノンドープGaN層の成長における残留電子濃度の減少（高品質化）が必要であることが解った。これまでは、緩衝層の形成等は行っていなかったため、低温形成GaN層等を使用することによりGaN層の高品質化を検討している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

スパッタリング法による薄膜形成には、プラズマを持続的に安定させることが必要であり、単結晶層の成長においては特に重要である。当初は、安定的なプラズマの発生・持続の調整に時間を要していたが、これらの問題点についてはほぼ解消した。しかし、不純物ドープGaN層の成長や単結晶層の高品質化については、予定よりも遅れている状況である。

Strategy for Future Research Activity

単結晶層の高品質化と共に、不純物ドーピングやデバイス形成技術の確立を目指す。なお、単結晶層の高品質化が計画通りに進まない場合は、基板に有機金属気相成長法で成長したGaNテンプレートの使用も予定している。エピタキシャル成長に重要な基板と成長層の界面や、成長初期過程の詳細についても検討を深めていく予定である。

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由は、安定的なプラズマの発生・持続のために当初使用計画を変更したことや、それに伴う実施計画の遅れが主な要因である。次年度使用分については、基板加熱装置に使われる高温耐用部品の購入を予定している。