InN、GaNおよびその混晶によるヘテロ構造の作製とHFETへの応用に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450131
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 名西 やす之 立命館大学, 理工学部, 教授 (40268157)
• 研究分担者: 播磨 弘 京都工芸線維大学, 電子情報工学科, 教授 (00107351) ; 今井 茂 立命館大学, 理工学部, 助教授 (40223309) ; 高倉 秀行 立命館大学, 理工学部, 教授 (30112022) ; 寺口 信明 シャープ(株), 技術本部基盤技術研究所, 係長 ; 鈴木 章 シャープ(株), 技術本部基盤技術研究所, 技師長
• キーワード: InN / RF-MBE / 窒化 / 低温中間層 / AlGaN / GaN / HFET / 二次元電子ガス / Full Band Monte Carlo Simulation

研究概要

本年度は、InN薄膜の結晶成長とその結晶性評価、高品質化の検討及びAlGaN/GaN系HFET構造に関する基本検討を行った。以下に成果概要を示す。
1、RF-MBE法を用いたInN結晶成長において、InN薄膜の厚膜化と高品質化を同時に実現する技術として、低温中間層導入の効果について検討を行った。その結果、低温中間層を導入することにより、表面モフォロジー、結晶性、電気的特性に大幅な改善が見られ、キャリア濃度1.0x10^<19>cm^<-3>、移動度830cm^2/Vsの世界トップクラスの特性を有するInN薄膜成長に成功した。
2、InN薄膜の結晶成長機構を明確にするため、窒化の効果について検討を行った。サファイア基板上にRF-MBE法を用いてInNを直接成長した場合には、数種の方位関係を有するポリタイプが成長するが、窒化処理を行うことにより、成長条件に依存することなく、InN[11-20]//サファィア[10-10]の方位関係を有する単結晶InN薄膜が得られることを明らかにした。
3、AlGaN/GaN系HFET構造作製に関する基本検討として、SiC基板上にAlGaN/GaN系HFET構造を作製する場合に重要となるAlNバッファ層の膜厚依存性について検討を行った。その結果、AlNバッファ層の膜厚増加に伴うGaN/AlN界面キャリアの低減により、移動度の向上、シートキャリア濃度の減少が系統的に確認された。
4、AlGaN/GaN系HFETの高温動作におけるデバイス特性予測を行うための基本検討として、Full Band Monte Carlo Simulationを用いたプレーナ構造AlGaN/GaN系HFETの温度特性シミュレーションを行った。その結果、動作温度が高くなるとDC特性が劣化し、また500Kではカットオフ周波数が室温動作時に比べ約半分に減少することが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Saito, Y.Tanabe, T.Yamaguchi, T.Araki, Y.Nanishi, N.Teraguchi, A.Suzuki: "Polarity of High-quality Indium Nitride grown by RF Molecular Beam Epitaxy"phy. stat. sol. (b). 228. 13-16 (2001)
• [文献書誌] T.Yamaguchi, Y.Saito, K.Kano, T.Araki, N.Teraguchi, A.Suzuki, Y.Nanishi: "Study of epitaxial relationship in InN growth on sapphire (0001) substrate without nitridation process by RF-MBE"phy. stat. sol. (b). 228. 17-20 (2001)
• [文献書誌] T.Yamaguchi, T.Araki, Y.Saito, K.Kano, H.Kanazawa, N.Teraguchi, A.Suzuki, Y.Nanishi: "Effect of sapphire substrate nitridation on determining rotation domain in GaN growth"J. Cryst. Growths. (出版予定). (2002)
• [文献書誌] Y.Saito, T.Yamaguchi, H.Kanazawa, K.Kano, T.Araki, Y.Nanishi, N.Teraguchi, A.Suzuki: "Growth of thicker and high quality InN using low-temperature intermediate layer"J. Cryst. Growths. (出版予定). (2002)