炭化珪素基板上へのⅢ族窒化物の超高品質コヒーレント成長の基礎とデバイス応用

• 研究課題/領域番号: 24360009
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 須田 淳 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00293887)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2015年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2013年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2012年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: 窒化アルミニウム / 炭化珪素 / 分子線エピタキシー / 結晶成長 / 転位 / 超格子 / III族窒化物 / 炭化硅素 / コヒーレント / デバイス / 格子欠陥 / ヘテロ構造

研究成果の概要

SiC基板上への高Al組成窒化物半導体のコヒーレント成長の基礎を築き、デバイス応用への展開を目指して研究を行った。高Al組成AlGaNの成長として、組成や構造のデジタル的な制御が可能な、AlN/GaN短周期超格子に着目した。さまざまな構造・成長条件のAlN/GaN短周期超格子の臨界膜厚の解明、緩和メカニズムの解明を行い、GaNモル分率20%の規則混晶のコヒーレント成長に成功した。また、3BLのGaNを成長すると格子緩和がはじまることを明らかにした。極薄GaNの格子緩和はゆっくりと生じることを利用して、SiC基板上に圧縮、引っ張り歪みを持つAlNを成長する方法も提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Strong impact of the initial III/V ratio on the crystalline quality of an AlN layer grown by rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuaki Kaneko, Tsunenobu Kimoto, and Jun Suda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 2 ページ: 025502-025502
  • DOI: 10.7567/apex.9.025502
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strain control in AlN top layer by inserting an ultrathin GaN interlayer on an AlN template coherently grown on SiC(0001) by PAMBE (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuaki Kaneko, Tsunenobu Kimoto, and Jun Suda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 巻: - 号: 5 ページ: 814-818
  • DOI: 10.1002/pssb.201552649
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation mechanism of threading-dislocation array in AlN layers grown on 6H-SiC (0001) substrates with 3-bilayer-high surface steps (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Okumura, T. Kimoto and J. Suda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 号: 7 ページ: 071603-071603
  • DOI: 10.1063/1.4892807
  • NAID: 120005669315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent Growth of AlN/GaN Short-Period Superlattice with Average GaN Mole Fraction of up to 20% on 6H-SiC(0001) Substrates by Plasma-Assisted Molecular-Beam Epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko, R. Kikuchi, H. Okumura, T. Kimoto and J. Suda
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 52 号: 8S ページ: 08JE21-08JE21
  • DOI: 10.7567/jjap.52.08je21
  • NAID: 210000142665
  • 査読あり
• [雑誌論文] AlGaN/SiC heterojunction bipolar transistors featuring AlN/GaN short-period superlattice emitter (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Miyake, T. Kimoto and J. Suda
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices 巻: 60 号: 9 ページ: 2768-2775
  • DOI: 10.1109/ted.2013.2273499
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Properties of Highly Strained AlN Coherently Grown on 6H-SiC(0001) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko, H. Okumura, R. Ishii, M. Funato, Y. Kawakami, T. Kimoto and J. Suda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 6 ページ: 62604-62604
  • DOI: 10.7567/apex.6.062604
  • NAID: 10031181971
  • 査読あり
• [雑誌論文] Over-700 nm criical thickness of AIN grown on 6H-SiC(0001)by molecular beam epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Okumura, T. Kimoto and J. Suda
  • 雑誌名: Aplied Physics Express 巻: 5 号: 5 ページ: 051002-051002
  • DOI: 10.1143/apex.5.051002
  • 査読あり
• [学会発表] ステップ高さ制御SiC基板上AlN層の高分解能X線回折評価における界面局在ミスフィット転位に起因する横方向サテライトピーク (2016)
  • 著者名/発表者名: 金子光顕、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] Observation of lateral satellite peaks in nitride semiconductor: HRXRD study of AlN layer grown on step-height-controlled SiC substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuaki Kaneko, Tsunenobu Kimoto, and Jun Suda
  • 学会等名: International Symposium on Growth of Nitride Semiconductors(ISGN-6)
  • 発表場所: Act City Hamamatsu
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] マクロステップバンチングが起こる条件でガスエッチングしたSiC表面のマクロテラス上に並んだ1 unit cell高さステップの発生機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平井和斗、金子光顕、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] SiC基板上にPAMBE成長したAlN層の成長初期III/V比による貫通転位発生メカニズムの考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金子光顕、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] Strain controls in AlN layer by ultra-thin GaN interlayer grown on high-quality AlN template coherently grown on SiC(0001) by PAMBE (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuaki Kaneko, Tsunenobu Kimoto, and Jun Suda
  • 学会等名: International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Beijing International conference center
  • 年月日: 2015-09-03
  • 国際学会
• [学会発表] SiC基板上AlN成長層の貫通転位低減における成長初期V/III比の重要性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金子光顕、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 4H-SiC MISFETs With 4H-AlN Gate Insulator Isopolytypically Grown on 4H-SiC (1120) (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀田昌宏、登尾正人、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第14回「関西コロキアム電子デバイスワークショップ」
  • 発表場所: 大阪工業大学 うめきたナレッジセンター
  • 年月日: 2014-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] PAMBE法によるAlN/GaN多層構造における極薄GaN層の成長制御性に関する検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金子光顕、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] SiC(0001)基板上に成長した大きな圧縮歪みを内包するAlN薄膜の光学特性および格子振動数評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金子光顕、奥村宏典、石井良太、船戸充、川上養一、木本恒暢、須田淳
  • 学会等名: 第33回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [学会発表] 水素ガスエッチングを施した4H-SiC極性面および無極性面基板の表面形状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 東孝洋，金子光顕，木本恒暢，須田淳
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] Large Shifts of Free Excitonic Transition Energies and (0001) due to Strong In-Plane Compressive Strain (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko, H. Okumura, R. Ishii, M. Funato, Y. Kawakami, T. Kimoto and J. Suda
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Washington, USA
• [学会発表] Structural and Optical Characterization of 2H-AlN Coherently-Grown on 6H-SiC (0001) by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko, H. Okumura, R. Ishii, M. Funato, Y. Kawakami, T. Kimoto and J. Suda
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] High-Al-content AlGaN Digital Alloy with GaN Mole-fraction Up t0 20% Coherently - Grown on 6H-SiC (0001) (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko, R. Kikuchi, H. Okumura T. Kimoto and J. Suda
  • 学会等名: nternat ional Workshop on Nitride Semiconductors 201
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2012-10-17