RF-MBE法によるグラフェン上へのエピタキシャルBN成長

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26600088
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 牧本 俊樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50374070)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀越 佳治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60287985) ; 藤田 実樹 一関工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (60386729) ; 日比野 浩樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, その他部局等, その他 (60393740) [Withdrawn] ; 前田 文彦 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, その他部局等, その他 (70393741) [Withdrawn] ; 関根 佳明 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, その他部局等, その他 (70393783)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: MBE / RFプラズマ / B固体ソース / BN / BGaN / BAlN / グラフェン / XPS

Outline of Annual Research Achievements

固体BソースとRFプラズマによって活性化した窒素ガスを用いたMBE法によって成長したBを含む窒化物半導体薄膜に関する報告はほとんど例が無い。このため、平成26年度の研究では、BGaN層、BAlN層、BN層の3種類の窒化物半導体薄膜をc面サファイア基板上に成長して、これらの層の評価を行った。
まず初めに、成長温度を600℃、700℃、800℃に変化させて0.5μmの BGaN層の成長を行った。反射高速電子回折(RHEED)像は、基板温度800℃ではストリークパターン、700℃で回折パターンが少しぼやけ、600℃ではぼやけたハローパターンとなった。X線回折(XRD)測定を行ったところ、BGaN層中のB組成が低いことを明らかにした。また、ホール測定を行った結果、基板温度800℃で成長したBGaNはn型であり、高いキャリア濃度（3.4E19 cm-3）を示した。これに対して、700℃以下で成長したBGaN層は高抵抗であった。
次に、成長温度を600℃、700℃、800℃に変化させて0.5 μmのBAｌN層の成長を行った。AlN層のRHEED像はスポットパターンであるのに対して、BAlN層のRHEED像はぼやけたハローパターンとなった。XRD測定から、BAlN層中のB組成は低いことが明らかにした。また、すべてのBAlN層は高抵抗を示した。
700℃において3時間のBN成長を行い、AlKα線を用いたX線光電子分光 (XPS)によって評価した。確認できたピークは、C、O、N、B、Alであった。これらの元素について、試料表面付近に存在する元素の物質量比を求めたところ、表面付近のB元素の量は約50%に及ぶことが分かった。Bの割合とO、Nの割合から、B2O3、BNとして存在しうる以上のBが存在し、他の元素と結合せず、B原子として表面に付着している可能性がある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

サファイア基板上へ成長したBN層をXPSで評価を行うことにより、B固体ソースを用いたBN層の成長速度を計算した。この結果、BN層の成長速度が低いために、Bを含む三元混晶でB組成を評価することは困難であることを明らかにした。また、サファイア基板上でのB原子の結合状態を明らかにした。さらに、MBE法で成長した一般的なGaN層は高い残留キャリア濃度を示すのに対して、本研究により高抵抗のBGaN層を成長することができた。

Strategy for Future Research Activity

平成26年度で得られた研究成果から、BN層の成長速度が低くても、BN層の評価を行うことができる手段が必要があることが明らかになった。このため、今後はSiC基板上に成長したグラフェンを基板に用いる。そして、その上に成長したBN層に対して評価を行う。さらに、平成26年度の研究で得られた高抵抗BGaN層、BAｌN層、AlN層をグラフェン上に成長し、それらの構造におけるグラフェン層の伝導機構を調べる。

Causes of Carryover

平成26年度の研究費をほぼ計画通りに使用したが、1342円が未使用となった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成26年度の未使用の研究費は、平成27年度における早稲田大学の物品費に充当する。