| 研究課題/領域番号 |
17K06366
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
石田 暢之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (10451444)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 窒化ガリウム / 走査型トンネル顕微鏡 / 欠陥 |
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| 研究実績の概要 |
窒化ガリウム（GaN）を利用した電子デバイスは結晶中に存在する欠陥や転位により、デバイス性能が大きく低下することが知られている。しかし、これまで欠陥評価技術が無かったために、これらの物性に関する知見はほとんど得られていない。そこで本研究では、GaN中の欠陥や転位、ドーパントを原子スケールで評価する技術を開発し、欠陥の作る電子準位や欠陥周辺のポテンシャル分布の評価を試みる。これらの知見をもとに欠陥や転位がデバイス性能に与える影響を考察し、欠陥の物理的理解に根ざした最適なデバイス作製技術を提案することを目的としている。
平成29年度は、劈開法によるGaN(1-100)表面の作製方法の最適化に取り組み、再現良く原子レベルで平坦な表面の作製が可能となった。この表面において走査型トンネル顕微鏡（STM）計測を行い、Ga原子列の原子分解能観察に成功した。良好な劈開面では非常に広範囲（1マイクロメートル以上）に渡ってステップの無い平坦な表面が形成されていることを確認した。また、欠陥や不純物に由来すると考えられるいくつかの特徴を観察することに成功した。しかしながら、原子配列ではなく電子状態に敏感なSTMだけではその構造を決定するが困難であることも分かった。
そこで、STMと比べより表面構造に敏感な原子間力顕微鏡（AFM）による原子分解能観察ができるシステムの構築に取り組んだ。水晶振動子型センサを組み込んだプローブホルダを作製し、良好な振動特性が得られることを確認した。今後は、超高真空中での探針清浄化法の最適化を行い、AFMによる原子分解能観察技術を構築し、GaN表面の観察に応用する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いてGaN表面の欠陥や不純物を評価するためには、清浄かつ平坦な表面を作製し原子分解能で観察を行うことが重要な第一ステップとなる。29年度に試料作製のための劈開法の最適化に注力し、非常に広範囲（1マイクロメートル以上）に渡ってステップの無い平坦な表面の作製に成功した。また、再現性良く原子分解能観察を行うことも可能となった。
STM観察の結果、原子配列ではなく電子状態に敏感なSTMだけでは欠陥や不純物の特定が難しいことが分かった。そこでSTMと併せて原子間力顕微鏡（AFM）による原子分解能観察ができるシステムの構築に取り組んだ。水晶振動子型センサを組み込んだプローブホルダを作製し、良好な振動特性が得られることを確認した。そのため、30年度には原子分解能AFM観察が行える環境が整った。
以上の理由から、研究は概ね順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの進捗状況でも述べた通り、GaN表面の欠陥や不純物構造を特定するためには、走査型トンネル顕微鏡（STM）計測のみでは難しい可能性がある。この課題を解決するためには、STMと併せて原子間力顕微鏡（AFM）計測を同一表面で行い、電子状態および構造に関する情報を同時に取得することが非常に有効である。そこで、30年度は原子分解能AFM観察の技術向上に注力する。特に探針材料の選定や真空中での清浄化処理の最適化を中心に取り組む。その後、GaN表面でSTM/AFM同時原子分解能観察を行い、得られた成果をもとに欠陥や不純物の特定を試みる。
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