表面構造制御法開発による準安定立方晶III族窒化物半導体の創製と物性制御

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20360011
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 大鉢 忠 同志社大学, 理工学部, 教授 (40066270)
• 研究分担者: 寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90327320)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 結晶成長 / PA-MBE / エピタキシャル / 電子・電気材料 / 半導体物性 / 原子フラックス測定 / AlNダブルバッファー層 / AM-MEE成長法

研究概要

Si基板上への3族窒化物半導体(AlN,GaN)作製にあたり、分子線エピタキシー(MBE)法に用いる誘導結合高周波放電窒素源の2つの放電モードを制御して、窒素原子と励起窒素分子の化学活性度の違いを利用する表面構造制御法を開発した。そのSi表面構造制御によるβ-Si_3N_4層製作と、Alとの界面反応によりAlNダブルバッファ層製作、その上への活性度変調マイグレーションエンハンスト(AM-MEE)法によるAlN、GaN用のテンプレート成長法のSiからデバイスまでの一貫成長方式を確立した。さらにAM-MEE法によりSi基板上への熱力学的準安定な立方晶AlN、GaNエピタキシャル膜成長の見通しを得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] in-situ measurement of adsorbed nitrogen atoms for PA-MBE growth of group III nitrides on Si (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachi, Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 雑誌名: Phys.stat.sol. C8 ページ: 1491-1494
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth of β-Si_3N_4 by the nitridation of Si with adsorbed N atoms for interface reaction epitaxy of double buffer AlN(0001)/β-Si_3N_4/Si(111) (2011)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Tadashi Ohachi
  • 雑誌名: Phys.stat.sol. C8 ページ: 1552-1555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface roughness of double buffer layer of GaN film grown on Si(111) substrate using GIXR analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuka Yamamoto, Nobuhiko Yamabe, Tadashi Ohachi
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 318 ページ: 474-478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of active nitrogen species using by RF-MBE nitrides growth on Si (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachi, Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 318 ページ: 468-473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxial Growth of Group III Nitrides on Si Controlling Radio Frequency Discharge Modes and Exposure of Nitrogen Flux (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachia, Nobuhiko Yamabea, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 50 ページ: 01AE01-101AE01-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possibility of AlN growth using Li-Al-N solvent (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kangawa, K.Kakimoto
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 312 ページ: 2569-2573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of nitrogen atomic flux for RF-MBE growth of GaN and AlN on Si substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ohachi, H.Shimomura, T.Shimamura, O.Ariyada, M.Wada
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 311 ページ: 2987-2991
  • 査読あり
• [学会発表] Crack in HVPE grown 2H-AlN films on AlN templatesprepared by PA-MBE using AM-MEE (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ohachi, N.Yamabe, Y.Yamamoto, H.Murakami, Y.Kumagai, A.Koukitu
  • 学会等名: 7th International Workshop on Nitride Semiconductors (IWBNS7)
  • 発表場所: Koyasan University, Japan
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] Two-phase-solution growth of AlN on self-nucleated AlN crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kangawa,, B.M.Epelbaum, K.Kakimoto
  • 学会等名: 7th International Workshop on Bulk Nitrides Semiconductors (IWBNS-7)
  • 発表場所: Koyasan University, Japan
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] AlNバルク成長に向けた2相溶液成長法の提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寒川義裕、土岐隆太郎、屋山巴、柿本浩一
  • 学会等名: 2011年春季 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (東日本大震災のため講演会は中止、アブストラクト発表のみ)
  • 年月日: 2011-03-15
• [学会発表] Parallel mesh electrode to monitor nitrogen atoms for PA-MBE (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachi, Nobuhiko Yamabe, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 学会等名: ISPlasma2011
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] Control of active nitrogen species using by RF-MBE nitrides growth on Si (2010)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachi, Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 学会等名: The16th International Conference on Crystal Groqwth (ICCG-16)
  • 発表場所: Beijing International Convention Center, Beijing, China
  • 年月日: 2010-08-09
• [学会発表] Nitridation of Si and activity modulation of nitrogen atoms_ for growth of group III nitrides on Si using PA-MBE (2010)
  • 著者名/発表者名: 大鉢忠, Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 学会等名: The 14th International Summer School on Crystal Growth (ISSCG-14)
  • 発表場所: Dalian International Finance Conference Center, Dalian, China
  • 年月日: 2010-08-01
• [学会発表] in-situ measurement of adsorbed nitrogen atoms for RF-MBE growth of group III nitrides on Si (2010)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ohachi, Nobuhiko Yamabe, Yuka Yamamoto, Motoi Wada, Osamu Ariyada
  • 学会等名: The third International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2010-07-05
• [学会発表] RF-MBEプラズマ窒素源の窒素原子フラックスその場計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大鉢忠,山邊信彦,山本由香,和田元,有屋田修
  • 学会等名: 第2回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 2010-05-14
• [産業財産権] 原子フラックス測定装置 (2010)
  • 発明者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 権利者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 産業財産権番号: 特許,特願2010-287599
  • 出願年月日: 2010-12-24
• [産業財産権] 原子フラックス測定装置 (2010)
  • 発明者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 権利者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 産業財産権番号: 特許,特願2010-152658
  • 出願年月日: 2010-07-05
• [産業財産権] 原子フラックス測定装置 (2009)
  • 発明者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修
  • 権利者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修
  • 公開番号: 特許,特開2009-146755
  • 出願年月日: 2009-07-02
• [産業財産権] シリコン基板上にSi_3N_4へテロエピタキシャルバッファ層を有する窒化シリコン基板の作製方法および装置 (2009)
  • 発明者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 権利者名: 大鉢忠、和田元、有屋田修、山邊信彦
  • 産業財産権番号: 特許,特願2009-79062
  • 出願年月日: 2009-03-27