III族窒化物半導体気相成長における応力制御による転位低減とその場観察法の確立

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450131
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 天野 浩 名城大学, 理工学部, 助教授 (60202694)
• 研究分担者: 赤崎 勇 名城大学, 理工学部, 教授 (20144115)
• キーワード: III族窒化物半導体 / 貫通転位 / 転位応力 / 有機金属化合物気相成長法 / 透過電子顕微鏡 / 鏡像転位

研究概要

本申請者等が1986年に開発し、現在では世界標準となっている低温堆積緩衝層を用いたサファイア上へのGaNの成長において問題となっている高密度貫通転位の構造・特性の理解とその低減のため、成長中に意識的に応力を印加し、貫通転位の振舞いを観察してその機構を明らかにすることを目的とした。本年度は、(1)低温中間層を用いた熱応力印加、(2)トレンチ部での成長面変化による貫通転位への応力変化、を調べた。(1)に関しては、GaN低温中間層を用いると、サファイアとの熱膨張係数差によるニ軸性引張応力が、繰り返し回数と共に増加し、それにともなって刃状転位、混合転位両方とも屈曲して、その上のGaNでは貫通転位密度が減少することが分かった。一方、A1N低温中間層の場合は、その上のGaN成長において、A1NとGaNの格子定数不整に基づき、最初ニ軸性圧縮応力が加わることにより、引張応力を相殺してしまうこと、またそれに伴い、混合転位は減少するが刃状転位に影響は無いか、或いは逆に増加してしまうことが明らかとなった。(2)に関しては、トレンチ部でマストランスポートが起き、熱処理だけでトレンチが徐々に埋まってしまうこと、及び特に混合転位については、自らの応力場による力が加わり、必ず表面に垂直になるように伝播することが分かった。逆に、混合転位の振舞いから、どの様に成長が進むかを特定できることがわかった。一方、刃状転位については、〈112^^-0〉ストライプの場合、特定のファセット{11^^-01}に突き当たった時、〈11^^-00〉ストライプの場合、{112^^-2}ファセットに突き当たった時、水平方向に屈曲することが実験的に明らかとなった。今後、各種の転位により発生する、転位近傍の応力場を評価し、応力と転位の挙動の関係を明らかにする。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamaguchi,M.Kariya,S.Nitta,H.Amano,I.Akasaki: "Strain relief and its effect on the properties of GaN using isoelectronic In doping grown by metalorganic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. 75. 4106-4108 (1999)
• [文献書誌] C.Wetzel,T.Takeuchi,H.Amano,I.Akasaki: "Electric-field strength,polarization dipole,and multi-interface band offset in piezoelectric Ga__<1-x>In__xN/GaN quantum well structures"Physical Review B. 61. 2159-2163 (1999)
• [文献書誌] M.Kariya,S.Nitta,S.Yamaguchi,H.Amano,I.Akasaki: "Mosaic structure of ternary A1__<1-x>In__xN films on GaN grown by metalorganic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L984-L986 (1999)
• [文献書誌] D.M.Hofmann,B.K.Meyer,F.Leiter,W.v.Foerster,H.Alves,N.Romanov,H.Amano,I.Akasaki: "Optical transitions of the Mg acceptor in GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L1422-L1424 (1999)
• [文献書誌] T.Kashima,R.Nakamura,M.Iwaya,H.Katoh,S.Yamaguchi,H.Amano,I.Akasaki: "Microscopic investigation of A1__<0.43>Ga__<0.57>N on sapphire"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L1515-L1518 (1999)
• [文献書誌] M.Kariya,S.Nitta,M.Kosaki,Y.Yukawa,S.Yamaguchi,H.Amano,I.Akasaki: "Effect on GaN/A1__<0.17>Ga__<0.83>N and A1__<0.05>Ga__<0.95>N/A1__<0.17>Ga__<0.83>N quantum wells by isoelectronic In-doping during metalorganic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 39. L143-L145 (2000)
• [文献書誌] S.Kamiyama,M.Iwaya,H.Amano,I.Akasaki: "Performance of GaN-based semiconductor laser with spectral broadening due to"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 390-392 (2000)
• [文献書誌] T.Takeuchi,H.Amano,I.Akasaki: "Theoretical study of orientation dependence of piezoelecric effects in wurtzite strained GaInN/GaN heterostructures and quantum wells"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 413-416 (2000)
• [文献書誌] 天野 浩単著 または天野 浩・赤崎 勇共著: "第3章III族窒化物半導体の光学的・電気的特性pp.43-61、第8章有機金属化合物気相成長(MOVPE)pp.147-164、第15章受光デバイスpp.275-283、第16章電子デバイスpp.285-293。"III族窒化物半導体、赤崎勇編著 培風館、アドバンストエレクトロニクスシリーズI-21. 313 (1999)