| 研究概要 |
本研究は、二つのテーマに大別できる。即ち、(1)OMVPE法或いはMBE法により大面積Si基板上にGaNを作製し、(2)それを種結晶としてHVPE法によりGaNを高速成長させる事である。(1)について、本研究グループは研究開始当初より既にAlN中間層を用いたSi基板上へのGaNの作製の検討をしていたが、最大の問題点はSiとGaNの熱膨張係数最に基づくクラックの発生であった。そこで、本研究では、A.GaNの薄膜化によるクラックの抑制、及びB.一部絶縁層で覆った上への横方向成長、即ちエピタキシャルラテラルオーバーグロース(ELO)(西永等)法等の方法を検討し、大面積でしかもクラックの無い単結晶の作製を狙った。(2)について、大型単結晶の作製には、再現性良く、しかも高速成長可能な成長法の開発が必要である。HVPE法では、成長速度が最大0.1mm/hであり、しかも成長速度の再現性に乏しい。本研究では、成長装置を工夫し、出来る限り早い成長速度を実現する事を目的とした。
以下、得られた成果を纏める。
(1)OMVPE法によるSi基板上のGaN単結晶の作製
サファイアの場合における低温堆積緩衝層と異なり、高温1,100℃程度でAlN単結晶を成長し、その上にGaNを成長することにより、高品質GaNの成長が可能となった。室温において、初めて励起子に基づく遷移が反射光変調スペクトルより確認された。得られた膜は、熱膨張係数の違いにより、強い引っ張り応力を受けていることが分かった。
(2)HVPE法の改良
GaCl_3とTMGaを供給可能な装置を試作し、まずサファイア上に低温堆積緩衝層を用いてOMVPE法で高品質GaNを成長の後、HVPE法でGaNを成長させる事により、再現性良く高品質GaN厚膜の成長が可能である事が分かった。
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