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2015 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

Research Project

Project/Area Number 25289088
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

只友 一行  山口大学, 理工学研究科, 教授 (10379927)

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)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
KeywordsGaN / 半極性面 / MOVPE / HVPE / 転位 / 積層欠陥 / サファイア基板
Outline of Annual Research Achievements

本研究の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。
研究実施計画に従い、{20-2-1}面GaNの成長を以下の工程順で検討した。{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(工程①)。トレンチのc面近傍側壁を窒化(工程②)。窒化したサファイアのc面近傍側壁から-c面GaNを成長(工程③)。{20-2-1}面GaNをサファイア基板全面に成長(工程④)。昨年度までに、{20-2-1}面GaNがサファイア基板上に成長できたことはX線回折で確認した。しかしながら、結晶品質が{20-21}面GaNに比べて劣る結果となった。
本年度は工程②及び③を省略し、トレンチのc面近傍側壁より低温バッファ層を介して+c面GaNを成長することで、サファイア基板表面に{20-21}面GaNを成長した(工程⑤)。次に、HVPEによる厚膜成長及び研磨加工を実施して{20-21}面自立GaN基板を作製した(工程⑥)。更に、{20-21}面GaN基板の裏面[{20-2-1}面]上にHVPEによる厚膜成長を実施した(工程⑦)。HVPEの成長条件は、研究室の標準条件を使い、主に転位密度と基底面積層欠陥(BSF:Basal Stacking Fault)密度を評価した。その結果、{20-2-1}面GaNの転位密度の減少速度は{20-21}面GaNに比べて非常に大きく、c面GaNの転位密度の減少速度とほぼ同程度であることを初めて見出し、c面自立GaN基板と同程度の低転位密度化を達成した。一方、BSFに関しては{20-21}面GaNと同程度存在し、成長膜厚の増加とともに減少はしなかった。このように、課題は残しているものの、研究目的であるサファイア基板と同じ面積の半極性{20-2-1}面自立GaN基板を得る結晶成長技術を確立することができた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Positional dependence of defect distribution in semipolar (20-21) hydride vapor phase epitaxy-GaN films grown on (22-43) patterned sapphire substrates2016

    • Author(s)
      T. Uchiyama, S. Takeuchi, S. Kamada, T. Arauchi, Y. Hashimoto, K. Yamane, N. Okada, Y. Imai, S. Kimura, K. Tadatomo, and A. Sakai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 05FA07/1-7

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.05FA07

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Growth of Semipolar {20-21} GaN and {20-2-1} GaN for GaN substrate2016

    • Author(s)
      Y. Hashimoto, K. Yamane, N. Okada, and K. Tadatomo,
    • Journal Title

      Physica Status Solidi B

      Volume: 253 Pages: 36-45

    • DOI

      10.1002/pssb.201552271

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Thickness and growth condition dependence of crystallinity in semipolar (20-21) GaN films grown on (22-43) patterned sapphire substrates2015

    • Author(s)
      S. Takeuchi, T. Uchiyama, T. Arauchi, Y. Hashimoto, Y. Nakamura, K. Yamane, N. Okada, K. Tadatomo, and A. Sakai,
    • Journal Title

      Physica Status Solidi B

      Volume: 252 Pages: 1142-1148

    • DOI

      10.1002/pssb.201451562

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Crystalline property analysis of semipolar (20-21) GaN on (22-43) patterned sapphire substrate by X-ray microdiffraction and transmission electron microscopy2015

    • Author(s)
      T. Arauchi, S. Takeuchi, Y. Hashimoto, Y. Nakamura, K. Yamane, N. Okada, Y. Imai, S. Kimura, K. Tadatomo, and A. Sakai
    • Journal Title

      Physica Status Solidi B

      Volume: 252 Pages: 1149-1154

    • DOI

      10.1002/pssb.201451564

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] X線マイクロ回折法による半極性面(20-21)GaN厚膜の欠陥分布評価2015

    • Author(s)
      内山 星郎,竹内 正太郎,荒内 琢士,橋本 健宏,山根 啓輔,岡田 成仁,今井 康彦,木村 滋,只友 一行,酒井 朗
    • Organizer
      2015年秋季第76回応用物理学会関係連合学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Growth of Semipolar GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy on Patterned Sapphire Substrate2015

    • Author(s)
      K. Tadatomo, N. Okada, and K. Yamane
    • Organizer
      CLEO-PR 2015
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2015-08-24 – 2015-08-28
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] サファイア加工基板上への半極性{20-2-1}GaNの成長2015

    • Author(s)
      永利 圭,岡村 泰仁,岡田 成仁,只友 一行
    • Organizer
      2015年度応用物理・物理系学会 中四国支部合同学術講演会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-08-01
  • [Presentation] HVPEによるGaN非極性基板作製2015

    • Author(s)
      只友一行, 岡田成仁, 山根啓輔
    • Organizer
      日本学術振興会 第162委員会 第94回研究会
    • Place of Presentation
      主婦会館(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2015-07-24
    • Invited
  • [Presentation] Fabrication of semipolar free standing GaN Substrate2015

    • Author(s)
      K. Tadatomo, N. Okada, and K. Yamane
    • Organizer
      German-Japanese-Spanish Joint Workshop on Frontier Photonics and Electronic Materials and Devices 2015
    • Place of Presentation
      京都大学芝蘭会館(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-07-12 – 2015-07-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 半極性自立GaN基板の作製2015

    • Author(s)
      只友一行, 岡田成仁, 山根啓輔, 古家大士, 橋本健宏
    • Organizer
      日本結晶成長学会 ナノエピ分科会 第7回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2015-05-07 – 2015-05-08
    • Invited
  • [Remarks] 山口大学 只友研究室

    • URL

      http://device.eee.yamaguchi-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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