2023 Fiscal Year Research-status Report
liquid phase epitaxy of nitride semiconductor thin films under an atmospheric pressure nitrogen ambience
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22K04954
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| Research Institution | Meisei University |
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Principal Investigator |
赤坂 哲也 明星大学, 理工学部, 教授 (90393735)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 常圧液相成長 / 薄膜 / エピタキシ / 表面形状 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物半導体の常圧液相成長は極めて新規性の高い研究課題であり、最適な成長条件や成長可能な基板に関する知見も十分得られていない。成長用基板としてはサファイア単結晶基板を用い、主要な成長条件である原料の組成比が窒化ガリウム（GaN）薄膜の構造や光学特性に与える影響を詳細に検討した。
常圧液相成長法により作製したGaN薄膜の表面形状について微分干渉顕微鏡とデジタルマイクロスコープにより観察を行った。微分干渉顕微鏡によって、成長したGaNは連続的な薄膜ではなく離散的な島状構造をしていることが分かった。さらに、デジタルマイクロスコープにより、当該島状構造のうち比較的高さのある島の形状を立体的に観察することが可能であった。微分干渉顕微鏡とマイクロスコープを併用することにより、島状構造の全体的な分布の把握と、大きな島の形状解析が行えた。さらに、原子間力顕微鏡を用いてナノメートルスケールの高さ解析も行った。可視紫外域の透過率と表面形状の相関関係も検討した。サファイア基板上に平坦なGaN薄膜が単層形成されたという光学モデルを用いて計算された透過率よりも実測値は測定波長の全領域にわたり低かった。これは、島状構造による測定光の散乱によるものだが、微分干渉顕微鏡とマイクロスコープによる表面構造解析結果と透過率測定結果を合わせた考察を行った。
2023年度の成果発表としては、国際会議である第14回窒化物半導体国際会議The 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS14)において、” Liquid Phase Epitaxy of GaN Films on Sapphire Substrates under an Atmospheric Pressure Nitrogen Ambience”という題目で発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の2023年度における研究計画の概要は以下の通りであった。「（GaN常圧液相成長機構の解明）：研究代表者が提案し、これまで発展させてきた選択成長による成長機構解明手法[JJAP 53 (2014) 100201.]をGaN常圧液相成長に応用して成長機構解明を目指す。本手法では成長基板（GaN基板等）の表面にSiO2選択成長用マスクをフォトリソグラフィーにより形成する。GaNを選択成長すると、基板に螺旋転位がある部分には単一の螺旋成長によりGaNが成長する。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて成長螺旋の間隔を測定することにより、表面過飽和度を求めることができる。また、選択成長したGaNの高さから成長速度を求め、表面過飽和度との関係を議論する。」
実際の実施状況としては、次の通りであった。SiO2選択成長用マスクを成長基板に形成してGaN常圧液相成長法における選択成長を実施することはできなかった。しかしながら、選択成長ではない全面的な成長における成長機構を、微分干渉顕微鏡およびデジタルマイクロスコープによるミクロンサイズの表面構造解析と、AFMを用いたナノメートルサイズのそれとを組み合わせて検討した。したがって、当初の予定より進捗は遅れているものの、GaN常圧液相成長法の成長機構について実験・考察することは行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
常圧液相成長におけるGaNの成長機構をさらに詳細に検討していく。具体的には、当初の研究計画にもある選択成長を試みる。成長基板（GaN基板等）の表面にSiO2選択成長用マスクをフォトリソグラフィーにより形成する。GaNを選択成長すると、基板に螺旋転位がある部分には単一の螺旋成長によりGaNが成長する。AFMを用いて成長螺旋の間隔を測定することにより、表面過飽和度を求めることができる。また、選択成長したGaNの高さから成長速度を求め、表面過飽和度との関係を議論する。
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| Causes of Carryover |
イタリア開催のThe International Conference on Crystal Growth and Epitaxy(ICCGE-20)に当初は参加する予定であったが、急激な円安等の影響で想定以上の支出が予想された。そのためもあり、国内（福岡）開催の第１４回窒化物半導体国際会議The 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS14)の方に参加した。また、英文誌に投稿した論文の審査が長引いており、掲載料や別刷り代の支出がなかった。これらの影響により次年度使用額が生じた。
2024年度は当該繰り越し分も含め、研究遂行に必須な各種消耗品（原料や基板ウェーハ等）、論文掲載・別刷り料、旅費等に使用する予定である。
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