2014 Fiscal Year Annual Research Report
サファイア加工基板側壁を成長起点とした半極性｛２０－２－１｝面ＧａＮ基板の作製
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25289088
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
只友 一行 山口大学, 理工学研究科, 教授 (10379927)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 陽一 山口大学, 理工学研究科, 教授 (00251033)
酒井 朗 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20314031)
岡田 成仁 山口大学, 理工学研究科, 助教 (70510684)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | GaN / 半極性面 / MOVPE / HVPE / 転位 / 積層欠陥 / サファイア基板 / GaN基板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究目的はサファイア基板全面に高品質半極性｛20-2-1｝面GaNを成長させ、
｛20-2-1｝面自立GaN基板を得る結晶成長技術を開発することである。
本年度は｛22-43｝面サファイア基板を使い、サファイア基板表面と平行な面として｛20-2-1｝面GaNを成長させる実験を開始した。最初に｛22-43｝面サファイア基板表面にc軸と直交する方向にストライプ状のトレンチを形成した。次にそのトレンチのｃ面近傍側壁から、窒化処理を導入することで、-c面GaNをMOVPEにより成長した。この時、サファイア基板表面と平行な面として｛20-2-1｝面GaNが成長している。成長したGaNの｛20-2-1｝面がサファイア基板の表面と平行であることはX線回折で確認した。しかしながら、GaN結晶中に基底面積層欠陥（BSF：Basal plane Stacking Fault）を多く含み、更に成長時間を増やしても結晶品質が｛20-21｝面GaNに比べて大きく劣る結果となった。
そこで、実績のある｛20-21｝面GaNテンプレートを作製し、その上にSiO2マスクを使った横方向選択成長（ELO：Epitaxial Lateral Overgrowth）を応用したHVPE成長を実施し、｛20-21｝面自立GaN基板を作製した。｛20-21｝面GaN基板の裏面は｛20-2-1｝面であるので、その｛20-2-1｝面GaN上にHVPEによる厚膜成長を実施した。その結果、転位密度、積層欠陥密度の低減に関して｛20-21｝面とは異なる興味深い結果を得た。
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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
｛22-43｝面サファイア基板へのトレンチ加工（フォトリソグラフィとドライエッチング技術）、c面近傍側壁を含んだサファイア基板の窒化処理の検討、窒化処理後の -c面GaN成長（MOVPE成長）を計画通り実施した。｛22-43｝面サファイア加工基板の窒化処理をすることにより、当初の目論見通りに-c面GaNが成長を始め、｛20-2-1｝面GaNがサファイア基板の表面と平行な面として成長することを実験的に確認した。しかしながら、当初危惧していたように、-c面GaNの成長過程でBSFが多数発生し、結晶性を著しく劣化させることが分かった。
そこで、当初の実験計画にも記載していたように、研究の方向としては｛20-21｝面自立GaN基板を作製し、裏面である｛20-2-1｝面GaNの成長を中心に検討することに方針を変更した。｛20-21｝面GaNテンプレート上の厚膜GaN成長（HVPE成長）、自発分離した厚膜GaNの研磨加工（外注加工）の検討を実施し、研磨加工ではCMP（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）まで行った。｛20-21｝面GaNと｛20-2-1｝面GaN上へのHVPE成長を行い、転位密度及びBSF密度の減少に関して比較評価を行った。その結果、｛20-2-1｝面上にHVPE成長を行う方が転位の低減速度が速くなる知見を得た。全体としては計画通り進捗している。
構造欠陥評価に関しては大阪大学と共同でSpring8等を使った実験・解析を進め、成長初期のGaN層中に存在している残留応力の解析を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今までの研究で、-c面GaNの成長から開始した｛20-2-1｝面GaNの直接的な成長は容易ではない事が分かった。結晶欠陥、特にBSFが-c面GaNの成長で多く発生するからである。今後は成長条件の見直しを進めるが、今年度に開始した｛20-21｝面GaN基板の裏面（｛20-2-1｝面）を使って、｛20-2-1｝面GaNの成長の検討に重点を移すことにする。
①｛22-43｝面サファイア加工基板のc面近傍側壁からのGaN成長において、窒化処理を行うことで -c面GaN成長を開始し、｛20-2-1｝面GaNを成長する検討を引き続き検討する。
②｛20-21｝面自立GaN基板を作製し、裏面となる｛20-2-1｝面からのGaN成長の検討を継続し、転位密度の低減、積層欠陥密度の低減についての成長条件依存性を調べる。
③｛22-43｝面サファイア加工基板のc面近傍側壁からのGaN成長において、転位の伝播状況の成長面の方位依存性を調べる。
④ 結晶評価に関して継続してSpring8、TEM、CL、PL等を使った結晶構造評価、光学特性評価を継続して実施する。
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| Causes of Carryover |
結晶成長装置（HVPE）の一部に修理の必要な故障が発生し、そのために本課題の結晶成長の回数が減少し、物品費の出費が減少した。また、本研究課題に関連する国際学会に参加するための旅費・参加費に使用する予定をしていたが、都合により参加できなくなったこと等の事由により、旅費に関する予算執行ができなくなり当該助成金が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究費に加算し、本研究課題に関係した結晶成長関連の物品費、学会参加のための旅費・参加費等に使用する予定である。
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