| 研究課題/領域番号 |
23760008
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
村上 尚 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| キーワード | エピタキシャル成長 / III族窒化物半導体 / 半極性 / 高指数面 |
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| 研究概要 |
内部電場およびピエゾ分極電場の影響による発光効率の低下の解決に重要となるInNの半極性結晶成長のため、様々な指数面を有するGaAsを初期基板として窒化物半導体結晶の成長を行った。平成23年度は、高指数面GaAs(311)A、(311)Bおよび無極性面GaAs(110)上へのInN成長を行い、その配向および双晶抑制メカニズムの解明を行った。半極性InN成長に関しては、いくつかの報告はあるが無極性基板であるサファイアを用いるのが一般的であり、本申請研究のように極性を有する基板を用いることで、InNの極性制御および双晶形成の抑制が効果的に制御できる。 GaAs(110)上への成長において、通常の成長条件ではInN(10-13)および(10-1-3)の半極性成長が生じ、それぞれInNの[0001]方向がGaAs<111>A(Ga極性)および<111>B(As極性)方向に平行に配向し、双晶の形成が確認された。結晶成長中に水素を微量(系内ガス総流量の0.6%)添加あるいは成長温度の高温化(600℃以上)により双晶形成の抑制が可能で、InN(10-1-3)(N極性)のみの成長が可能であることを明らかにし、そのメカニズムを提案した。 GaAs(311)Aおよび(311)B上への成長においては、GaAs(110)上での成長と同様、InN[0001]方向がGaAs[111]方向に平行となるように配向するため、InN{10-14}および{11-22}面の成長が生じる。GaAs{311}面ではGaAs<111>(Ga)、<-111>(As)、<-11-1>(Ga)、<11-1>(As)の軸方向が90°間隔で存在するため、通常の成長条件では、InN{10-14}、{11-22}およびそれらの双晶が成長する。成長温度の高温化によりそれらの抑制効果を確認し、メカニズムを明らかにした。
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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
研究計画において、平成23年度には無極性面および高指数面GaAs基板上のInN成長において、配向方向の把握およびその配向メカニズムについて明らかにすることを目標とした。研究実績概要に記した通り、InN[0001]方向とGaAs[111]方向が平行となるように成長することが明らかとなり、双晶形成メカニズムおよびその制御手法も確立した。また、双晶形成および制御手法の研究において、国際会議において優秀ポスター賞を受賞した。 他の指数面GaAs{411}{211}についても検討しているが、InN層の配向傾向はGaAs(110)上のそれと酷似していることが明らかとなり、様々な面方位を有するInN結晶成長が可能である。 以上のように、平成23年度に計画していた検討事項については、ほぼ達成しており概ね順調に研究が進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
InNの成長温度の高温化(600℃以上)による配向制御および双晶形成抑制について明らかにしたが、InNの分解温度付近での結晶成長となり、特にGaAsとInN界面での分解が顕著に生じることがわかっている。成長層の厚膜化のために成長時間を増加すると、成長層の剥離および劣化が生じ、問題となる。 GaAs(110)上への成長において、低温においても水素ガスの微量添加による双晶形成の抑制が確認されており、そのメカニズムについても明らかとなったことから、他の指数面上での結晶成長にも適用し、その効果を確認する。 また、更なる結晶品質向上を目的として、GaAs表面の窒化および低温バッファ層挿入の効果を検討する。様々な面極性を有するInN成長後、InGaN薄膜成長を実施し、その発光特性、結晶構造、In取り込み傾向の評価を行い、下地結晶の極性の影響を明らかにする。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成23年度の研究において、当初予定していたガス供給ラインの増設については、結晶成長装置の安定稼働、実験実施回数の確保を考え見送ることとした。また、結晶成長に伴う石英部品の消耗・劣化は想定していたものに比べ軽微だったため、新規購入が必要ではなくなり、平成24年度に繰り越すこととした。 平成24年度は、ガス供給系および石英部品の更新を行うと共に、InNの膜質向上のため反応管構造の一部改良を行う。また、研究実施に必要となる種々の消耗品(GaAs基板、原料ガス、薬品類等)の購入費および成果発表のための渡航費を計上する。 当初の研究計画で懸念された、準安定相である立方晶InNの混入はこれまで実施した研究においては確認されていないため、その対策として考えていたAlAsバッファ層挿入に関しては、実施を保留することとした。したがって、当初計上していたターシャリーブチルアルシン原料およびその容器に関しては購入を保留する。
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