原料分子制御法によるAlNおよびAlGaN混晶の厚膜エピタキシャル成長

2006 年度 実績報告書

• 研究領域: 窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-
• 研究課題/領域番号: 18069004
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 纐纈 明伯 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 教授 (10111626)
• 研究分担者: 熊谷 義直 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 助教授 (20313306) ; 村上 尚 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 助手 (90401455)
• キーワード: 結晶成長 / エピタキシャル / 結晶工学

研究概要

窒化物半導体材料は深紫外領域から赤外領域までの広大なエネルギー領域をカバーする材料として、青紫色材料以外への応用に関しても世界的に注目されている。これまでの半導体結晶とデバイスの歴史を見るまでも無く、成長結晶そのものが新機能素子の実現や素子性能を決めてしまうと言っても過言ではない。このため、高品位なエピタキシャル層の実現のためには、高品質な自立基板結晶の実現が世界的に急務になっている。本研究では原料分子を制御した新しい気相成長法により窒化物半導体の高品質基板結晶の実現を目的とし、
(1)石英反応管と反応しないAl原料分子を用いた高品質なAlNおよびAlGaNの厚膜エピタキシャル成長
(2)生成の自由エネルギー変化が大きく高温成長や高速成長が期待できるIn原料分子を用いた高品位InNの厚膜エピタキシャル成長を、目指した。
平成18年度に行った主な計画成果を以下に示す。
1.既存のHVPE成長装置を改修し、原料供給比の制御によりGaNからAlNまでの結晶成長が可能な成長装置を構築してAlGaN成長が原料分子制御法HVPEで成長が可能なことを示すとともに、原料供給比と析出組成の関係を明らかにし、キャリヤガス中の水素分圧がAlGaN成長に大きな影響を与えることを示した。
2.原料分子制御HVPE法により、高品質InNの高速成長に始めて成功した。平成19年度に装置の新設を計画している。
4.既存のAlN成長HVPE装置を用いて、Si初期基板上への高品質AlN厚膜結晶の成長を世界で始めて実現した。
5.AlN、AlGaNおよびInNの厚膜結晶の物性測定に加え、本研究で購入した新しい測定法としてラマン分光装置を導入し、測定の確立を行った。

研究成果

• [雑誌論文] MOVPE-like HVPE of AIN using solid aluminum trichloride source (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Eriguchi, H.Murakami, U.Panyukova, Y.Kumagai, S.Ohira, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.298 ページ: 332-335
• [雑誌論文] Influence of surface atom arrangement on the growth of InN layers on GaAs (111)A and (111)B surfaces by metalorganic vapor phase epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Murakami, J.Torii, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.298 ページ: 387-389
• [雑誌論文] Analysis of compositional instability of InGaN by Monte Carlo simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kangawa, K.Kakimoto, T.Ito, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.298 ページ: 190-192
• [雑誌論文] Hydride vapor phase epitaxy of InN by the formation of InCl_3 using In metal and Cl_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kumagai, J.Kikuchi, Y.Nishizawa, H.Murakami, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.300 ページ: 57-61
• [雑誌論文] Growth of thick Al_xGa_<1-x>N ternary alloy by hydride vapor phase epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Yamane, F.Satoh, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.300 ページ: 164-167
• [雑誌論文] High-speed epitaxial growth of AlN above 1200℃ by hydride vapor phase epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Nagashima, M.Harada, H.Yanagi, Y.Kumagai, A.Koukitu, K.Takada
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.300 ページ: 42-44
• [雑誌論文] Influence of hydrogen coverage on Si(111) substrate on the growth of GaN buffer layer (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsuo, Y.Kangawa, R.Togashi, K.Kakimoto, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.300 ページ: 66-69
• [雑誌論文] Thermodynamic study on the role of hydrogen during hydride vapor phase epitaxy of Al_x Ga_<1-x>N (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Murakami, J.Kikuchi, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: physica status solidi (c) Vol.3 ページ: 1457-1460
• [雑誌論文] Thermodynamics on hydride vapor phase epitaxy of AlN using AlCl_3 and NH_3 (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kumagai, K.Takemoto, J.Kikuchi, T.Hasegawa, H.Murakami, A.Koukitu
  • 雑誌名: physica status solidi (b) Vol.243 ページ: 1431-1435
• [雑誌論文] Thermodynamic analysis of various types of hydride vapor phase epitaxy systems for high-speed growth of InN (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Kikuchi, Y.Nishizawa, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45 ページ: L1203-L1205
• [雑誌論文] Fe-doped semi-insulating GaN substrates prepared by hydride vapor-phase epitaxy using GaAs starting substrates (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kumagai, F.Satoh, R.Togashi, H.Murakami, K.Takemoto, J.Iihara, K.Yamaguchi, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.296 ページ: 11-14
• [雑誌論文] A new system for growing thick InN layers by hydride vapor phase epitaxy
  • 著者名/発表者名: J.Kikuchi, Y.Nishizawa, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: physica status solidi (c) (印刷中)
• [雑誌論文] In situ Gravimetric Monitoring of Decomposition Rate on the Surface of (0001) c-plane Sapphire for the High Temperature Growth of AIN
  • 著者名/発表者名: K.Akiyama, T.Araki, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: physica status solidi (c) (印刷中)
• [雑誌論文] First-Principles Calculation and X-ray Absorption Fine Structure Analysis of Fe Doping Mechanism for Semi-Insulating GaN Growth on GaAs Substrates
  • 著者名/発表者名: R.Togashi, F.Sato, H.Murakami, J.Iihara, K.Yamaguchi, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: physica status solidi (c) (印刷中)
• [雑誌論文] HVPE growth of Al_xGa_<1-x>N ternary alloy using AlCl_3 and GaCl
  • 著者名/発表者名: A.Koukitu, T.Yamane, F.Satoh, H.Murakami, Y.Kumagai
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [雑誌論文] Polarity dependence of AlN {0001} decomposition in flowing H_2
  • 著者名/発表者名: Y.Kumagai, K.Akiyama, R.Togashi, H.Murakami, M.Takeuchi, T.Kinoshita, K.Takada, Y.Aoyagi, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [雑誌論文] Improvement of AlN crystalline quality with high epitaxial growth rate by hydride vapor phase epitaxy
  • 著者名/発表者名: T.Nagashima, M.Harada, A.Hakomori, H, Yanagi, H.Fukuyama, Y.Kumagai, A.Koukitu, K.Takada
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [雑誌論文] Properties of Fe-doped semi-insulating GaN substrates for high-frequency device fabrication
  • 著者名/発表者名: J.A.Freitas, Jr., J.G Tischler, J-H.Kim, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [雑誌論文] RF-MBE growth of 2H-AlN templates by using a mode change MEE on Si(111) for HVPE growth
  • 著者名/発表者名: T.Ohachi, H.Shimomura, N.Yamabe, T.Yamane, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [雑誌論文] Improvement of crystalline quality for Al- and N-polar AlN layers by modified flow-modulation MOCVD growth
  • 著者名/発表者名: M.Takeuchi, H.Shimizu, R.Kajitani, K Kawasaki, T.Kinoshita, K.Takada, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu, Y.Aoyagi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
• [図書] 電子物性・材料の事典 (2006)
  • 著者名/発表者名: 纐纈明伯, (共著, 森泉豊栄, 岩本光正, 小田俊理, 山本寛, 川名明夫編)
  • 総ページ数: 696
  • 出版者: 朝倉書店