• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2011 Fiscal Year Research-status Report

GaAs高指数面および無極性面基板上、窒化物半導体結晶の配向メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 23760008
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

村上 尚  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
Keywordsエピタキシャル成長 / III族窒化物半導体 / 半極性 / 高指数面
Research Abstract

内部電場およびピエゾ分極電場の影響による発光効率の低下の解決に重要となるInNの半極性結晶成長のため、様々な指数面を有するGaAsを初期基板として窒化物半導体結晶の成長を行った。平成23年度は、高指数面GaAs(311)A、(311)Bおよび無極性面GaAs(110)上へのInN成長を行い、その配向および双晶抑制メカニズムの解明を行った。半極性InN成長に関しては、いくつかの報告はあるが無極性基板であるサファイアを用いるのが一般的であり、本申請研究のように極性を有する基板を用いることで、InNの極性制御および双晶形成の抑制が効果的に制御できる。 GaAs(110)上への成長において、通常の成長条件ではInN(10-13)および(10-1-3)の半極性成長が生じ、それぞれInNの[0001]方向がGaAs<111>A(Ga極性)および<111>B(As極性)方向に平行に配向し、双晶の形成が確認された。結晶成長中に水素を微量(系内ガス総流量の0.6%)添加あるいは成長温度の高温化(600℃以上)により双晶形成の抑制が可能で、InN(10-1-3)(N極性)のみの成長が可能であることを明らかにし、そのメカニズムを提案した。 GaAs(311)Aおよび(311)B上への成長においては、GaAs(110)上での成長と同様、InN[0001]方向がGaAs[111]方向に平行となるように配向するため、InN{10-14}および{11-22}面の成長が生じる。GaAs{311}面ではGaAs<111>(Ga)、<-111>(As)、<-11-1>(Ga)、<11-1>(As)の軸方向が90°間隔で存在するため、通常の成長条件では、InN{10-14}、{11-22}およびそれらの双晶が成長する。成長温度の高温化によりそれらの抑制効果を確認し、メカニズムを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画において、平成23年度には無極性面および高指数面GaAs基板上のInN成長において、配向方向の把握およびその配向メカニズムについて明らかにすることを目標とした。研究実績概要に記した通り、InN[0001]方向とGaAs[111]方向が平行となるように成長することが明らかとなり、双晶形成メカニズムおよびその制御手法も確立した。また、双晶形成および制御手法の研究において、国際会議において優秀ポスター賞を受賞した。 他の指数面GaAs{411}{211}についても検討しているが、InN層の配向傾向はGaAs(110)上のそれと酷似していることが明らかとなり、様々な面方位を有するInN結晶成長が可能である。 以上のように、平成23年度に計画していた検討事項については、ほぼ達成しており概ね順調に研究が進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

InNの成長温度の高温化(600℃以上)による配向制御および双晶形成抑制について明らかにしたが、InNの分解温度付近での結晶成長となり、特にGaAsとInN界面での分解が顕著に生じることがわかっている。成長層の厚膜化のために成長時間を増加すると、成長層の剥離および劣化が生じ、問題となる。 GaAs(110)上への成長において、低温においても水素ガスの微量添加による双晶形成の抑制が確認されており、そのメカニズムについても明らかとなったことから、他の指数面上での結晶成長にも適用し、その効果を確認する。 また、更なる結晶品質向上を目的として、GaAs表面の窒化および低温バッファ層挿入の効果を検討する。様々な面極性を有するInN成長後、InGaN薄膜成長を実施し、その発光特性、結晶構造、In取り込み傾向の評価を行い、下地結晶の極性の影響を明らかにする。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成23年度の研究において、当初予定していたガス供給ラインの増設については、結晶成長装置の安定稼働、実験実施回数の確保を考え見送ることとした。また、結晶成長に伴う石英部品の消耗・劣化は想定していたものに比べ軽微だったため、新規購入が必要ではなくなり、平成24年度に繰り越すこととした。 平成24年度は、ガス供給系および石英部品の更新を行うと共に、InNの膜質向上のため反応管構造の一部改良を行う。また、研究実施に必要となる種々の消耗品(GaAs基板、原料ガス、薬品類等)の購入費および成果発表のための渡航費を計上する。 当初の研究計画で懸念された、準安定相である立方晶InNの混入はこれまで実施した研究においては確認されていないため、その対策として考えていたAlAsバッファ層挿入に関しては、実施を保留することとした。したがって、当初計上していたターシャリーブチルアルシン原料およびその容器に関しては購入を保留する。

  • Research Products

    (33 results)

All 2012 2011

All Journal Article (13 results) (of which Peer Reviewed: 13 results) Presentation (19 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Influence of growth temperature on the twin formation of the InN{10-13} on GaAs(110) by metalorganic vapor phase epitaxy2012

    • Author(s)
      Hisashi Murakami, Hyun-Chol Cho, Mayu Suematsu, Katsuhiko Inaba, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: Vol.9 Pages: 677-680

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of AlN on sapphire surfaces by high-temperature heating in a mixed flow of H2 and N22012

    • Author(s)
      Yoshinao Kumagai
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 350 Pages: 60-65

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2011.12.023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of source gas supply sequence on hydride vapor phase epitaxy of AlN on (0001) sapphire substrates2012

    • Author(s)
      Rie Togashi
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 350 Pages: 197-200

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2011.10.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 窒化物化合物半導体の厚膜結晶成長技術―HVPE成長を中心にして―2012

    • Author(s)
      纐纈明伯, 熊谷義直, 村上尚
    • Journal Title

      鉱山

      Volume: 700 Pages: 25-34

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodynamic analysis on HVPE growth of InGaN ternary alloy2011

    • Author(s)
      Koshi Hanaoka, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: Vol. 318 Pages: 441-445

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of semi-polar InN layer on GaAs (110) surface by MOVPE2011

    • Author(s)
      Hisashi Murakami, Hyun Chol Cho, Mayu Suematsu, Rie Togashi, Yoshinao Kumagai, Ryuichi Toba, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 318 Pages: 479-482

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2010.10.027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carrier Gas Dependence at Initial Processes for a-Plane AlN Growth on r-Plane Sapphire Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy2011

    • Author(s)
      Jumpei Tajima, Chikashi Echizen, Rie Togashi, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Kazuya Takada, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Pages: 055501, 1-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.055501

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tri-halide vapor phase epitaxy of GaN using GaCl3 gas as a group III precursor2011

    • Author(s)
      T. Yamane, K. Hanaoka, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 8 Pages: 1471-1474

    • DOI

      10.1002/pssc.201000902

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical study on the influence of surface hydrogen coverage on the initial growth process of AlN(0001) surfaces2011

    • Author(s)
      Hikari Suzuki, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 8 Pages: 1577-1580

    • DOI

      10.1002/pssc.201000867

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Semi-polar InN(10-13) dominant growth on GaAs(110) substrate by mixing hydrogen in carrier gas2011

    • Author(s)
      H.C. Cho, M. Suematsu, H. Murakami, Y. Kumagai, R. Toba, A. Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 8 Pages: 2025-2027

    • DOI

      10.1002/pssc.201000951

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of in-plane epitaxial relationship of c-plane AlN layers grown on a-plane sapphire substrates by hydride vapor phase epitaxy2011

    • Author(s)
      Jumpei Tajima, Rie Togashi, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Kazuya Takada, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 8 Pages: 2028-2030

    • DOI

      10.1002/pssc.201000954

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First-principles study on the effect of surface hydrogen coverage on the adsorption process of ammonia on InN(0001) surfaces2011

    • Author(s)
      Hikari Suzuki, Rie Togashi, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 8 Pages: 2267-2269

    • DOI

      10.1002/pssc.201000896

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Two-Step Growth of (0001) ZnO Single-Crystal Layers on (0001) Sapphire Substrates by Halide Vapor Phase Epitaxy2011

    • Author(s)
      Rui Masuda, Rie Togashi, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Pages: 125503, 1-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.125503

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MOVPE法によるGaAs(110)上InN成長における水素添加の影響2012

    • Author(s)
      堀田哲郎 末松真友,竹中佐江,冨樫 理恵, 村上尚,熊谷義直,纐纈明伯
    • Organizer
      第59回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012年3月16日
  • [Presentation] その場重量測定法を用いたサファイア表面の反応メカニズムの解明2011

    • Author(s)
      吉田崇、富樫理恵、村上尚、熊谷義直、纐纈明伯
    • Organizer
      科学研究費補助金・特定領域研究・公開シンポジウム 窒化物光半導体のフロンティア~材料潜在能力の極限発現~
    • Place of Presentation
      東京ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011年8月3日
  • [Presentation] InN/sapphire(0001)MBEテンプレート上へのInN HVPEにおける成長速度の影響2011

    • Author(s)
      山本翔, 東川義弘, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 山口智弘, 荒木努, 名西やすし, 纐纈明伯
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011年8月30日
  • [Presentation] 高温熱処理によるサファイア表面分解・AlN形成における面方位依存性2011

    • Author(s)
      猪木孝洋, 国崎敦, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011年8月30日
  • [Presentation] 水素・窒素混合雰囲気下熱処理におけるc面サファイア基板表面分解・AlN形成の挙動及びその熱力学解析2011

    • Author(s)
      国崎敦, 猪木孝洋, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011年8月30日
  • [Presentation] AlN/sapphire(0001)テンプレート上へのAlN HVPE高速成長における成長速度の影響2011

    • Author(s)
      添田邦光, 酒井美希, 関口修平, 久保田有紀, 永島徹, 富樫理恵, 村上尚, 木下亨, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011年8月30日
  • [Presentation] HVPEの熱力学的反応解析とリアクタ設計2011

    • Author(s)
      纐纈明伯, 熊谷義直, 村上尚
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011年8月29日
  • [Presentation] Influence of Growth Temperature on the Twin Formation of the InN{10-13} on GaAs(110) by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy2011

    • Author(s)
      Hisashi Murakami, H.-C. Cho, Mayu Suematsu, Katsuhiko Inaba, Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu
    • Organizer
      The 9th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-9)
    • Place of Presentation
      SECC, Glasgow, Scotland
    • Year and Date
      2011年7月13日
  • [Presentation] a面サファイア表面の反応メカニズムの原子レベルその場測定2011

    • Author(s)
      吉田崇, 阿部創平, 土屋正樹, 村上尚, 熊谷義直, 纐纈明伯
    • Organizer
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2011年6月18日
  • [Presentation] 水素・窒素混合雰囲気での高温熱処理によるc面サファイア基板表面分解及びAlN形成2011

    • Author(s)
      猪木孝洋, 国崎敦, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2011年6月18日
  • [Presentation] In系窒化物半導体のMOVPE、HVPE成長2011

    • Author(s)
      村上尚, 富樫理恵, 稲葉克彦, 熊谷義直, 纐纈明伯
    • Organizer
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会(招待講演)
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2011年6月17日
  • [Presentation] MOVPE法によるGaAs(110)上InN{10-13}の成長温度が双晶形成に与える影響2011

    • Author(s)
      堀田哲郎, 末松真友, 趙賢哲, 富樫理恵, 稲葉克彦, 村上尚, 熊谷義直, 纐纈明伯
    • Organizer
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2011年6月17日
  • [Presentation] HVPE法によるInN/sapphire(0001)テンプレート上InN高速成長の検討2011

    • Author(s)
      山本翔, 東川義弘, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 山口智弘, 荒木努, 名西やすし, 纐纈明伯
    • Organizer
      第3回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2011年6月17日
  • [Presentation] MOVPE法による高指数面GaAs(311)A及び(311)B基板上への半極性InN成長2011

    • Author(s)
      末松真友, 竹中佐江,堀田哲郎,村上尚,熊谷義直,纐纈明伯
    • Organizer
      応用物理学会結晶工学分科会主催2011年・年末講演会
    • Place of Presentation
      学習院創立百周年記念会館
    • Year and Date
      2011年12月15日
  • [Presentation] MOVPE法を用いた半極性InN(1013)低温成長への水素添加の影響2011

    • Author(s)
      竹中佐江, 末松真友,堀田哲郎,村上尚,熊谷義直,纐纈明伯
    • Organizer
      応用物理学会結晶工学分科会主催2011年・年末講演会
    • Place of Presentation
      学習院創立百周年記念会館
    • Year and Date
      2011年12月15日
  • [Presentation] サファイア基板の水素・窒素混合雰囲気下熱処理による表面分解およびAlN形成の熱力学的検討2011

    • Author(s)
      国崎敦, 猪木孝洋, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011年11月5日
  • [Presentation] 高温下での水素・窒素同時供給によるサファイア基板表面分解・AlN形成における面方位依存性2011

    • Author(s)
      猪木孝洋, 国崎敦, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011年11月5日
  • [Presentation] HVPE法によるInN/sapphire(0001)MBEテンプレート上へのInN成長の検討2011

    • Author(s)
      山本翔, 東川義弘, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 山口智弘, 荒木努, 名西やすし, 纐纈明伯
    • Organizer
      第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011年11月3日
  • [Presentation] AlN/sapphire(0001)テンプレート上AlN HVPE成長における成長速度増加の検討2011

    • Author(s)
      添田邦光, 酒井美希, 関口修平, 久保田有紀, 永島徹, 村上尚, 木下亨, 熊谷義直, 柳裕之, 纐纈明伯
    • Organizer
      第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011年11月3日
  • [Book] GaNパワーデバイスの技術展開2012

    • Author(s)
      纐纈明伯, 熊谷義直, 村上尚
    • Total Pages
      264ページ
    • Publisher
      サイエンス&テクノロジー

URL: 

Published: 2013-07-10  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi