2021 Fiscal Year Annual Research Report
High-quality hetero-epitaxial AlN research by newly proposed high temperature metalorganic vapor phase epitaxy
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20H02643
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
沈 旭強 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 総括研究主幹 (50272381)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
児島 一聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究チーム長 (40371041)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | AlN薄膜 / 高温成長 / 微細構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次年度（令和3年度）には、初年度の実験結果を整理及び追加実験を行い、それに基づき新規開発した成長法における成長メカニズムを提案した。また、AlN薄膜中の微細構造を詳しく観察と分析を行い、その起源を議論するためのデーター収集を行った。
まず、成長メカニズムの研究に関し、本成長法には水素の役割が決定的であることが分かった。そのメカニズムの概要として、次のように述べる。AlN成長用の窒素源は高温で窒素ガスと水素ガスの反応により得られる。Al原料は二つのルートで得られる。一つはTMAと水素の反応で、もう一つはTMAの高温熱分解により得られる。これらの反応ルートでAlN結晶成長用の原料を生成し、結晶成長に供給する。これらのメカニズムは実験結果をよく説明できた。成果として、学術論文に掲載した。これらの成長メカニズムを解明することによって、今後の結晶成長制御及び高品質成長に指針を与え、高品質なAlN薄膜の期待ができる。
次に、AlN薄膜中の微細構造に関しては、超高分解能STEMにより、前年度で推測したインバージョンドメンを実験的に確認した。薄膜と基板の界面、薄膜中など詳細な情報が得られた。また、EDXなどの評価手段を用いインバージョンドメン周辺の不純物分布を測定し、そのインバージョンドメンの起源等の議論に有意義な情報が得られた。
更に、半極性面(10-13)AlNの成長と評価を進め、非常に興味深い結果が得られた。この結果を理解するには次年度に更なる研究が必要である。
以上のように概ね年度初期の計画通り研究を進め、最終年度の研究展開に繋がる。
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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
令和3年度には概ね当初の研究計画に沿って研究を行い、期待した研究成果が得られた。
具体的には、成長メカニズムの研究に関し、ガス反応メカニズムを提案し、実験結果をよく説明できた。
また、前年度の観察で思われたインバージョンドメンを超高分解能STEMにより実験的に確認した。EDXなどの評価手段を用いインバージョンドメン周辺の不純物分布を測定し、そのインバージョンドメンの起源等の議論に有意義な情報が得られた。
更に、半極性(10-13)AlNの成長と評価で次年度になるテーマの1つができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度には、今まで得られた研究成果に基づき、更なるAlN薄膜の高品質化とその展開を試みる。特に今まで他成長法で困難であったm面とr面サファイア基板上に半極性面及び無極性面AlNの結晶成長を行い、その高品質化を検討する。サセプターのコーティング効果も明確する。
また、薄膜中の微細構造を引き続き詳しく観察と分析を行い、本成長法による特有な現象を理解する。
更に、本成長法のポテンシャルを引き出すために、高速成長を試みる。具体的には、原料ガス供給量を今までの数倍に増やし、本成長によるAlN成長速度の変化様子を調べ、今後のこの成長法の潜在力を示す。
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