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窒化物系半導体はGaN/サファイヤ基板等のヘテロ成長基板が主に用いられているが、デバイス特性の観点から高品質な単結晶基板を用いることが望ましいことは論を待たない。しかし、現行の窒化物半導体の単結晶基板における結晶性は、SiやGaAs系に比べ良質とは言えず、転位密度や空孔欠陥等が多く存在し、充分な品質のものが得られていないのが現状である。本研究では、窒化物半導体結晶、特にGaN結晶に関して、シンクロトロン放射光を利用した高分解能X線トポグラフィー法を用い、結晶グレインについて、その大きさ、結晶グレイン間の傾きを詳細に評価する。これを結晶成長条件と対応させることにより、結晶を劣化させている要因を明確にし、高品質化に必要な改善ポイントを得ることを目的とする。
本研究では特に、基板結晶を切り離したGaN自立基板に関して、成長過程における結晶グレインの挙動と転位、欠陥との関係を明らかにする。さらに、他の手法の実験結果とあわせて、結晶成長過程における結晶グレインの挙動と転位、欠陥との関係、また、これらの成長条件、成長環境との相関についても明確にする。
本年度は高エネルギー加速器研究機構の放射光研究施設のシンクロトロン放射光を利用し、X線用CCDカメラ(空間分解能約6μm)を用いた高分解能X線トポグラフィー法によって、転位密度から予想されるよりも大きなスケールの結晶グレインの存在を明らかにした。さらに、入射角を変えてトポグラフの明暗のコントラストの変化を観察し、結晶グレイン間の回折条件の違いを定量的に測定した。
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