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2005 年度 実績報告書

CrNをバッファ層として用いたAlGaNテンプレイト作製技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17560002
研究機関東北大学

研究代表者

ちょ 明煥  東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00361171)

キーワードCrN緩衝層 / GaNエピタキシャル / HVPE / MBE
研究概要

本研究では簡易的に高純度なGaNエピタキシャル膜を得ることができる方法としてCrNバッファ層を用いた成長法を提案し、得られたCrN膜とGaNの特性について報告する。
1.MBE成長CrN緩衝層上へのGaN厚膜成長
高真空度MBEチャンバの中で高純度金属(5N)Crソースと窒素RFプラズマを用いてサファイア基板上に単結晶GaN成長の核としてCrN薄膜成長を行い、その上にIn-situでGaN薄膜成長を行った。次はこのGaN Template基板上にHVPE法を用いて40μmの厚膜GaNを成長し、GaN膜の結晶性、表面モルフォロジ、欠陥密度とCrNバッファ層の成長条件との関連性を調べた。
2.スパッタリング成膜CrN緩衝層上へのGaN厚膜成長
スパッタリング法による数十nm厚のCr薄膜を作成し、HVPE装置内にてNH_3による窒化を行いCrN緩衝層を成膜、その上へのGaN厚膜成長を行った。次はこのGaN Template基板上にHVPE法を用いて40μmの厚膜GaNを成長し、GaN膜の結晶性、表面モルフォロジ、欠陥密度とCrNバッファ層の成長条件との関連性を調べた。良質なGaN厚膜を得るためには、金属Crの膜厚は5nm、7nm、10nm、20nm、50nm、100nmの試料を用意した。また、成長時にこれらの試料を同時にHVPE装置内に入れGaN厚膜成長を行った。スパッタリング時の金属Cr膜厚が10nmの試料が一番良い表面を示し、10nmより金属Crの膜厚が薄い試料、すなわちt=5nm、7nmの試料では、GaN表面に発生したピット密度が大きく、またピット同士が結合し巨大化しているため、平坦な表面が得られていない。また、t=50nm、100nmの試料では他の試料とは異なる表面モフォロジーを示した。このモフォロジーはDCスパッタリングによりCrN薄膜を成長した時のモフォロジーに酷似している。これらの試料のXRD測定の結果、金属Crの厚さt=10〜20nmの試料が良い結晶性を示した。また、t=5〜7nmの試料ではt=10〜20nmの試料に比べ結晶性が劣る傾向が見られた。t≧50nmの試料ではロッキングカーブを観測することができなかった。これらの試料上にはGaN厚膜が成長しなかったものと考えられる。原因としては、CrN(/Cr)膜厚が厚すぎたためCrNが多方向成長を始め、平坦なCrN(III)面が得られなかったためであると考えられる。GaN表面のピット密度が他の試料に比べて小さいこと、優れた結晶性を有することから、本研修ではスパッタリング時の金属Crの厚さは10nmが最適であると決定した。
この手法を用いて2インチサファイア基板上にクラックフリ40μmのGaNの成長の結果を得ることに成功し、TEMにより評価結果欠陥密度が1x10^8(cm-2)以下の低電位結晶を得ることが出来た。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2005

すべて 雑誌論文 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] CrN buffer layer study for GaN growth using molecular beam epitaxy (MBE)2005

    • 著者名/発表者名
      Lee W.H., Kim JJ, Lee HS, Zahra V, Kim ST, Cho MW, Yao T
    • 雑誌名

      INSTITUTE OF PHYSICS CONFERENCE SERIES 184

      ページ: 365-368

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Growth and characterization of HVPE CaN on c-sapphire with CrN buffer layer2005

    • 著者名/発表者名
      H.Goto, W.H.Lee, J.Kinomoto, S.T.Kim, M.W.Cho, T.Yao
    • 雑誌名

      INSTITUTE OF PHYSICS CONFERENCE SERIES 184

      ページ: 369-372

  • [産業財産権] GaN単結晶成長方法,GaN系素子製造方法およびGaN系素子2005

    • 発明者名
      八百 隆文, ちょ 明煥
    • 権利者名
      東北テクノアーチ
    • 産業財産権番号
      特願2005-108072
    • 出願年月日
      2005-04-04

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公開日: 2007-04-02   更新日: 2016-04-21  

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