| 研究課題/領域番号 |
25390064
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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) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 窒化物半導体 / 選択成長 / 半極性 / 基板加工 / 異方性エッチング / 砒化ガリウム |
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| 研究実績の概要 |
高効率光デバイス、高耐圧・低損失パワーデバイス、高速電子デバイス実現のために期待される高品質非極性面III族窒化物半導体結晶の創製を目的とし、新規の面方位技術の確立のためのGaAs基板加工およびそれに続く結晶成長の検討を行った。
平成25年度において、GaAs基板のリン酸および過酸化水素による加工条件の確立およびInN選択成長の基本条件を見出したことから、平成26年度は①InN成長の面方位選択性向上のための成長条件の確立、②GaAs(111)Aファセット面を選択的に形成するエッチング条件の確立およびその上のInN選択成長、③長時間成長による半極性InN膜の形成、を主目的として研究を推進した。
リン酸と過酸化水素によりGaAs(110)基板加工を施し、(111)Aおよび(111)Bを同時に形成した加工基板上へのInN選択成長を行った。平成25年度報告にもあるように、575℃という比較的低温ではランダムに配向したInN結晶が両極性面上に成長し、600℃というInN結晶成長では比較的高温の条件では、選択性が向上することが明らかとなっている。平成26年度に実施したX線回折測定の結果から選択的に成長したInN結晶は(10-13)面であり、選択的成長により双晶の形成が抑制されたことが確認された。さらにIn供給分圧を低減することにより、選択性が向上することが分かった。これらの結果から、In原料の表面拡散を向上させることにより、InN結晶がGaAs(111)A面に選択的に成長することが分かった。
GaAs(111)B面からの成長を抑制するために、アンモニアと過酸化水素によりGaAs(111)Aファセットを形成した加工基板上で選択的なInNの成長を試みた。高温成長、低TMI供給分圧により、GaAs(111)A面上への選択的なInN成長が可能であった。最適な条件で360分の長時間成長を試みた。
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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
エッチングによるGaAs基板加工に関して、異方性エッチングおよび等方性エッチングの再現性は確実に向上し、精度良く所望のファセット面を形成する条件を見出すことができた。また、加工基板上へのInN成長において、その成長面選択性のメカニズムが明らかになってきており、選択性向上のための結晶成長条件の設定が可能となった。(111)A面の選択的形成とそれに続くInN選択成長により、双晶の無いInN(10-13)半極性結晶が実現した。また、長時間成長にも着手し、半極成膜の形成が可能であることが明らかとなっている。
一方で、研究計画調書にあるその他の非極性面に関する検討までには至っておらず平成27年度に実施予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述したとおり、GaAs基板の選択的加工技術、InN選択成長のための条件探索はほぼ完了し、今後は結晶品質向上のための条件探索が必要である。結晶品質向上の弊害となっているのがInN結晶の熱不安定性であり、長時間成長に伴って成長膜がGaAs基板との界面から分解・劣化する問題がある。今後、低成長温度におけるInN選択成長の実現あるいはInN/GaAs基板界面への保護層導入等を検討しこの問題の解決を図る。
平成26年度に検討に至らなかった他の非極性窒化物半導体結晶の成長を行うべく、高指数面GaAs基板のエッチング条件の探索およびInN選択成長の検討を行う。本検討のため、原料濃度を広範囲に変更できるよう、マスフローコントローラー等ガス系の整備を平成26年度に実施し、平成27年度から進めることが可能となっている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前述のとおり、平成26年度までにInNの半極性(10-13)面成長および基板加工手法の確立を達成したが、他の非極性面、例えば(11-22)、(10-11)の検討には至らなかった。本検討を行うためには、様々な面方位のGaAs基板の入手が必要であり、特殊面方位(一般に流通していない面方位)のため、購入に時間がかかっている。また、InN以外の他の窒化物半導体結晶の検討のために新規の原料の購入を検討しているが、成長の可否についての理論計算を実施中であり、その結果を以って平成27年度に原料購入を予定している。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度に特殊面方位GaAs基板および新規原料(三塩化ガリウム)の購入を予定している。
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