窒化アルミニウム薄膜へテロ成長界面の分解メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 21560009
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 熊谷 義直 東京農工大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (20313306)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2010年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2009年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: エピタキシャル成長 / 窒化アルミニウム / 自立基板 / サファイア基板 / ヘテロ界面 / 分解メカニズム / 自発分離 / 無極性 / サファイア

研究概要

ハイドライド気相成長(HVPE)法で、様々な面方位のサファイアおよびSiC基板表面にAlN薄膜を1065℃で成長後、アンモニア添加した水素雰囲気で最高1450℃の熱処理を行った。AlN薄膜中の転位を介して水素が界面に拡散し、還元反応により基板が分解し、AlN直下にボイドが形成されるメカニズムを明らかにした。ボイド形成状態の制御により、引き続き成長したAlN厚膜を再現性良く基板から自発分離させることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of AlN on sapphire surfaces by high-temperature heating in a mixed flow of H_2 and N_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumagai, T. Igi, M. Ishizuki, R. Togashi, H. Murakami, K. Takada, A. Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Vol.350 号: 1 ページ: 60-65
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2011.12.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of in-plane epitaxial relationship of c-plane AlN layers grown on a-plane sapphire substrates by hydride vapor phase epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Tajima, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, K. Takada, and A. Koukitu
  • 雑誌名: Physica Status Solidi(c) 巻: Vol.8No.7-8 号: 7-8 ページ: 2028-2030
  • DOI: 10.1002/pssc.201000954
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier Gas Dependence at Initial Processes for a-Plane AlN Growth on r-Plane Sapphire Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Tajima, C. Echizen, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, K. Takada, and A. Koukitu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.50, No.5 号: 5R ページ: 055501-055501
  • DOI: 10.1143/jjap.50.055501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of void formation beneath thin AlN layers by decomposition of sapphire substrates for self-separation of thick AlN layers grown by HVPE (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumagai, Y. Enatsu, M. Ishizuki, Y. Kubota, J. Tajima, T. Nagashima, H. Murakami, K. Takada, A. Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Vol.312 号: 18 ページ: 2530-2536
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2010.04.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of void formation beneath thin AlN layers by decomposition of sapphire substrates for self-separation of thick AlN layers grown by HYPE (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kumagai, Y.Enatsu, M.Ishizuki, Y.Kubota, J.Tajima, T.Nagashima, H.Murakami, K.Takada, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 312 ページ: 2530-2536
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議(NCCG-41)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 猪木孝洋, 他
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 猪木孝洋, 国崎敦, 富樫理恵, 村上尚, 熊谷義直, 柳裕之, 綴織明伯
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Growth of AlN on homo- and hetero-substrates by HVPE (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshinao Kumagai
  • 学会等名: 5th International Workshop on Crystal Growth Technology (IWCGT-5)
  • 発表場所: Berlin, Germany(Invited)
  • 年月日: 2011-06-30
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本結晶成長学会ナノ構造・エピタキシャル成長分科会第3回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス
  • 年月日: 2011-06-18
• [学会発表] Formation of AlN on sapphire surface by high temperature heating in the mixed flow of H_2 and N_2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumagai, 他
  • 学会等名: 7th International Workshop on Bulk Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Wakayama, Japan
  • 年月日: 2011-03-16
• [学会発表] Control of in-plane Epitaxial Relationship of c-plane AlN Layers Grown on a-plane Sapphire Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Tajima, 他
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2010
  • 発表場所: Tampa, U. S. A
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] 非c軸配向AlNグレインを利用した6H-SiC(0001)基板上AlNのSelf-ELO (2010)
  • 著者名/発表者名: 関口修平, 他
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Growth of AlN on homo-and hetero-substrates by HVPE (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumagai
  • 学会等名: 5th International Workshop on Crystal Growth Technology
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] r面sapphire基板上a面AlN HVPE成長初期過程におけるキャリアガスの影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田島純平, 富樫理恵, 村上尚, 高田和哉, 熊谷義直, 纐纈明伯
  • 学会等名: 日本結晶成長学会ナノエピ分科会第2回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 2010-05-14
• [学会発表] Investigation of void formation beneath thin AlN layers by decomposition of sapphire substrates for self-separation of thick AlN layers grown by HVPE (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumagai, 他
  • 学会等名: 6th International Workshop on Bulk Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Poland
  • 年月日: 2009-08-24
• [学会発表] Investigation of void formation beneath thin AlN layers by decomposition of sapphire substrates for self-separation of thick AlN layers grown by HVPE (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshinao Kumagai
  • 学会等名: 6th International Workshop on Bulk Nitride Semi-conductors(IWBNS-VI)
  • 発表場所: Galindia Mazurski Eden, Iznota, Mikolajki, Ruciane Nida, Poland
  • 年月日: 2009-08-24