2021 Fiscal Year Research-status Report
Three-dimensional distribution control of nitrogen atoms in dilute nitride films using atomic layer epitaxy
| Project/Area Number |
20K05346
|
|---|
| Research Institution | University of Miyazaki |
|---|
Principal Investigator |
鈴木 秀俊 宮崎大学, 工学部, 准教授 (00387854)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 希薄窒化物半導体 / 原子層エピタキシー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
希薄窒化物半導体は、SiやGeに格子整合可能でバンドギャップエネルギーを広範囲に制御可能であり、格子整合させた多接合太陽電池や光電子集積回路に期待されている。しかし、窒素(N)原子導入による電気特性の劣化が問題となっている。その原因として膜中のN分布の不均一性が考えられているが、直接N分布を観察することが困難なため、本質的な理解には至っていない。本研究では、希薄窒化物半導体であるGaAsN膜中において、(i)N原子の空間分布を三次元で制御したGaAsN薄膜の作製、(ii)実際のN分布の評価、(iii)N原子の空間分布がN局在準位(EN)および電気特性に与える影響の解明、の３点を目的に研究をおこなっている。
これまでに原子層エピタキシー(ALE)法と微傾斜(001)GaAs基板を併用することで目的(i)と(ii)を行なっている。
まず、基板の微傾斜方向をGa,As原子が表面ステップ端に現れるA,B方向、微傾斜角度を2~10度と系統的に変化させ、GaAsN薄膜を作製して膜中のN原子の取り込み量を評価した。その結果Gaステップ近傍でN原子の膜中への取り込みが少なくなり、面内で分布を制御できる可能性が見出された。また、ALE法を用い、GaAsおよびGaAsNをそれぞれ原子層１層ずつ成長可能な原料供給シーケンスを組み合わせることで、GaAs原子層1~9層の間にN原子を含むGaAsN１原子層を挟んだ超格子構造を形成し、成長方向のN原子分布の制御を行なった。ほぼ想定通りの周期でN分布の制御を実現しており、N原子を含む層から他の層へのN原子の拡散はほとんどないことを確認している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２０２１年度は、２０２０年度に実施したALE法を用いてN原子分布を三次元的に制御した薄膜を作製するための基礎的な成長確認結果をもとに、面内で窒素分布を制御したGaAsN作製を試みた。また、GaAsおよびGaAsNをそれぞれ原子層１層ずつ成長可能な原料供給シーケンスを組み合わせることで、GaAs原子層1~9層の間にN原子を含むGaAsN１原子層を挟んだ超構造を形成し、成長方向へのN原子分布制御を試みた。成長方向に関しては、ほぼ想定通りの周期でN分布の制御を実現しており、N原子を含む層から他の層へのN原子の拡散はほとんどないことを確認している。面内方向に関しては、表面のステップ密度を系統的に変化させたGaAsウェハーを成長基板として用いることでN原子の取り込み量変化を確認しており、分布が制御されていることが期待されるが、実際の分布は確認できていない状況である。
本年度も、コロナ禍の影響の継続と、結晶成長装置(ALE装置)に発生したトラブルにより結晶成長実験が滞っており、当初の実験計画よりやや遅れてしまっていると判断している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度前半：これまでの知見をもとにGaAs原子層成長とGaAsN原子層成長を組み合わせた成長方向と、面内のGaステップを制御した微傾斜基板を併用することで、三次元でN分布を制御したGaAsN薄膜成長を行う。得られた薄膜に関して、X線逆格子マッピング測定を行い、傾斜のないGaAs(001)基板上に作製した薄膜との比較と、N分布を過程した回折強度シミュレーションとの比較を行う事で、面内のN分布の変化を評価する。N分布の制御性が悪く、当初予定した大学所有のX線回折装置で構造の評価ができない場合は、高輝度のX線が使用可能な放射光施設を利用しての構造評価をおこなう。
2022年度後半：2021年度に作製したN分布を制御したGaAsN薄膜のホール効果測定を行い、キャリア散乱体密度を評価する。この結果を、通常成長したGaAsN薄膜と比較する事で、N分布が電気特性に与える影響を明らかにする。この結果をもとに、さらに異なるN分布を持ったGaAsN薄膜の作製評価を行い、電気特性向上に関する知見を得る。
|
| Causes of Carryover |
理由：新型コロナウィルス感染防止のため、県外への移動自粛の要請や、学会の中止もしくはオンライン開催により、予定していた出張を実施しなかった。また、装置トラブルにより予定していた成長実験を行えない時期が発生した。これらに予定していた予算を次年度に繰り越したためである。
使用計画：来年度前半に予定していた実験、学会発表および論文発表を集中し、年度中盤から後半にかけて当初に計画した通りの研究を進めることで予算執行を進める。
|
