2012 Fiscal Year Research-status Report

プラズマ密度制御による窒化物半導体の液相成長

Research Project

Project/Area Number	23560014
Research Institution	Shizuoka Institute of Science and Technology
Principal Investigator	小澤哲夫静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (90247578)
Keywords	GaN / 溶液成長 / AlN / 結晶成長 / マイク波プラズマ
Research Abstract	低圧低温条件下でGaNのうような窒化物半導体基板を安全で、安価に提供することは将来の光エレクトロニクス産業にとって大変重要である。本研究では、水素―窒素マイクロ波プラズマを用いてPBN坩堝中に金属Gaを配置させ圧力1000Pa、温度650℃、窒化時間１時間でGaNの低温低圧合成に成功した。さらに、サファイア基板上へのGaN単結晶成長も成功することができた。この結果を基に (1)水素―窒素混合プラズマ密度制御によるGa－NHx中間体の効率的な生成機構の解明、(2) Ga－NHx中間体の対流輸送機構によるGaN成長速度の高速化と高品質化、(3)InxGa1-xN三元混晶バルク成長への応用を行う。水素―窒素混合プラズマ密度の制御によるGaN液相成長におけるGa－NHx中間体の効率的な生成条件の解明では、プラズマ溶液成長装置内の坩堝上部に配置させたラングミュアプローブにより水素―窒素混合プラズマ密度を測定し、マイクロ波パワーとガス量比により制御を行った。結果として、Ga融液へのNの溶解量はプラズマ密度に対しては飽和状態であり、ガス混合比に強く依存することが分かった。 Ga－NHx中間体の対流輸送機構によるGaN成長速度の高速化と高品質化では、サファイア基板表面にNプラズマを照射してAlN単結晶を育成させることに成功した。このサファイアをAlNに転換した基板を使用することにより、イエローバンドの発光を軽減できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason (1)水素―窒素混合プラズマ密度の制御によるGaN液相成長におけるGa－NHx中間体の効率的な生成条件の解明プラズマ溶液成長装置内の坩堝上部に配置させたラングミュアプローブにより水素―窒素混合プラズマ密度を測定し、マイクロ波パワーとガス量比により制御を行った。結果として、Ga融液へのNの溶解量はプラズマ密度に対しては飽和状態であり、ガス混合比に強く依存することが分かった。Ga－NHx中間体の生成条件の最適化は、EPMA等の組成比分析により、生成したGaNの成分比を計測して想定した結果、ガス混合比で水素を20％～60％で生成され、50％が咲いて地であることが分かった。 (2) Ga－NHx中間体の対流輸送機構によるGaN成長速度の高速化と高品質化高品質化を図るため、サファイア基板表面にNプラズマを照射してAlN単結晶を育成させることに成功した。このサファイアをAlNに転換した基板を使用することにより、イエローバンドの発光を軽減できた。 (3)InxGa1-xN三元混晶バルク成長サファイアをAlNに転換した基板を使用することにより、InGaNの単層成長に成功した。しかし、溶液成長であり、かつNプラズマにより低温成長であるため、当初はミシビリティーギャップの影響を受け、多相組成の混晶が析出した。しかし、サファイアをAlNに転換した基板を使用することにより、In組成比20at.%までの単結晶を育成することができた。
Strategy for Future Research Activity	（1）サファイア基板上へのAlN転換層の品質の解析窒素プラズマ照射時間を0.5～8時間で作成された試料において、サファイア基板(0001)方位と同方位の(0002)AlN回折ピークが観測された。これらの試料にはサファイア基板(0001)の回折が見られるものの窒素プラズマ照射によるサファイア基板と同方位のAlN転換層が形成できた。しかし、Al2O3とAlNの混晶である(AlN)8(Al2O3)の生成が一部の試料で確認された。また，窒素プラズマが照射された表面はEPMAの窒素2次元マッピングにより窒化されたことが分かった。この基板の結晶品質をCLを用いて調査する。 (2)InxGa1-xN三元混晶バルク成長混晶の組成制御には、正確なるつぼの温度制御が不可欠であり、るつぼの加熱システムの改良を行い、InGaNおよびAlGaNの単結晶育成と組成制御を行う。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	混晶の組成制御には、正確なるつぼの温度制御が不可欠であるため、るつぼのヒーターシステムの改良に使用する。また、EPMAにより正確な混晶比を測定するための標準InN、GaNの購入費用、基板の購入費用に使用する。