2021 Fiscal Year Annual Research Report
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
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19K05276
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
六倉 信喜 東京電機大学, 工学部, 教授 (30166227)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該研究では、高周波マグネトロンスパッタリング法を用いてデバイス応用が可能なGaN系半導体単結晶層を成長することが目的である。スパッタリング法による薄膜形成は低温領域で行われることが多いため、高温領域を含めた成長温度依存性について検討が必要である。また、基板上へ供給されるV/III原子比は、反応ガス（Ar/N2）の混合比を変化させることによって制御可能であり、GaリッチからNリッチのGaN層を成長できることを見出した。様々な成長条件によって得られたGaN層等を評価することにより、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解明において、大いに貢献できると思われる。
成長したGaN層の電気的な評価を行った結果、キャリア濃度の制御には、ノンドープGaN層の成長において残留電子濃度の減少、即ち更なる結晶の高品質化が必要であることが明らかとなった。GaN系半導体の結晶構造は六方晶系ウルツ鉱型構造が安定相であるが、スパッタリング法により得られたGaN層には、成長条件によっては準安定相の立方晶系閃亜鉛鉱構造のものが得られることが解った。また、六方晶系と立方晶系構造が混在したものも得られることが解った。結晶構造の混在が、残留電子濃度の増加に大きく関係していると考えられる。
スパッタリング法による結晶成長は非熱平衡状態において行われる。準安定相である立方晶系構造の形成は、この非熱平衡状態における成長も関係していると考えられる。成長条件と得られる結晶構造の解明も、結晶の高品質化に非常に重要である。
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