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Si(001)基板上に面内配向性を持った単結晶GaNを得るためにAl初期配向層および指向性スパッタリングを併用する方法を提案した。指向性スパッタリングとは基板を回転せず固定し、特定のSi面内方向、この場合Si[110]方向をスパッタリングターゲット方向に向けてスパッタリング成膜を行う方法である。指向性スパッタリングを用いて成膜したAl初期配向層およびAlN中間層を用いてGaN成長を行ったところ、Si(001)基板上に(10-13)GaNの単結晶成長が可能であることが分かった。X線回折によって、得られた(10-13)GaNの面内c軸方向を調べたところ、指向性スパッタリングを行ったSi[110]方向と平行な方向であることが確かめられた。これらの実験によってGaNのc軸方向が指向性スパッタリングを行うSi[110]方向に対応していることを確かめた。更に得られた(10-13)GaNのMOVPE成長条件最適化を試み、低V/III比及び低圧条件下によって、平坦化した(10-13)GaNがSi(001)基板上に得られることを示した。得られた(10-13)GaNの結晶成長のメカニズムを明らかとするために、断面のTransmission Electron Microscope(TEM)観察を行った。初期のAl結晶核はSi(001)基板の結晶構造と同一のAl(001)配向しており、その後のAlN成長からc軸が傾いて成長していることが分かった。AlN、GaNそれぞれの結晶成長過程においてc軸方向はばらつきがあるものの、GaNを数100 nm成長することで、GaN上部では配向が均一な単結晶GaNとなることが、TEM観察から明らかとなった。
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