高品質化に向けた窒化インジウム薄膜成長における気相反応制御

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26790043
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: ティユ クァン・トゥ 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30725742)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 窒化インジウム / 気相反応

研究実績の概要

本研究はMOVPE法による窒化インジウム（InN）結晶の高品質化を目指したものである。InNは小さなエネルギーバンドギャップおよび高い電子移動度を有するため、赤外域の光デバイスやTHz級の高速電子デバイスへの応用が可能だといわれ、非常に魅力的な材料である。MBEやPLD法などでは比較的高品質なInN結晶が得られ、その優れた物性も確かめられているが、原料を原子状で供給するために成長速度が遅く、大量生産には不向きである。応用を考えるならば、ガス原料を用いるために高速成長が可能なMOVPE法等でも高品質なInN結晶を実現しなければならない。しかしながら、物理吸着に基づいたMBEやPLD法とは違い、MOVPE法ではアンモニア（NH3）などの原料間の化学反応を利用するため、ある程度の高温が必要である。この条件は熱耐性が弱いInN材料の高品質化の障壁になる。そこで、本研究では十分な活性窒素を供給可能と予想されるジメチルヒドラジン（DMHy）をNH3と併用している。低温成長が必須であるInN成長でもDMHyを用いることによりN空孔の生成が抑制され、残留キャリア濃度の低減が可能と考えた。
初年度では、成長温度、V族対III族およびNH3対DMHyの原料供給比の最適化を行い、InドロップレットおよびN空孔が低減できる条件を探った。しかし、InドロップレットなしのInN薄膜は実現しなかった。これは、DMHyの熱分解やIII族原料との寄生反応で生成されるH2によるInNのエッチング効果のためだと推測した。最終年度では、寄生反応を抑制するためにバルブ制御が出来るよう制御装置の自作を行い、III族やN原料のパルス供給を実施した。成長した膜には、残留キャリア濃度が10＾19 cm-3以上であり、電子移動度がまだ数百cm2/Vs程度であったため、従来のMOVPE法によるInN結晶と比べ改善が見られなかった。それゆえ、InNのMOVPE成長においては非水素雰囲気の重要性が改めて示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Influence of high-temperature processing on the surface properties of bulk AlN substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Tojo, R. Yamamoto, R. Tanaka, Q. T. Thieu, R. Togashi, T. Nagashima, T. Kinoshita, R. Dalmau, R. Schlesser, H. Murakami, R. Collazo, A. Koukitu, B. Monemar, Z. Sitar, Y. Kumagai
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 446 ページ: 33~38
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.04.030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature-dependent capacitance-voltage and current-voltage characteristics of Pt/Ga2O3 (001) Schottky barrier diodes fabricated on n-Ga2O3 drift layers grown by halide vapor phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Higashiwaki, K. Konishi, K. Sasaki, K. Goto, K. Nomura, Q. T. Thieu, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, B. Monemar, A. Koukitu, A. Kuramata, S. Yamakoshi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 ページ: 133503-1~5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4945267
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropy, phonon modes, and free charge carrier parameters in monoclinic beta-gallium oxide single crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Schubert, R. Korlacki, S. Knight, T. Hofmann, S. Schoche, V. Darakc hieva, E. Janzen, B. Monemar, D. Gogova, Q.T. Thieu, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, K. Goto, A. Kuramata, S. Yamakoshi, and M. Higashiwaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 ページ: 125209-1~18
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.125209
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of NH3 input partial pressure for N-polarity InGaN growth on GaN substrates by tri-halide vapor phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahide Hirasaki, Tomoyasu Hasegawa, Misaki Meguro, Quang Tu Thieu, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, Bo Monemar and Akinori Koukitu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 05FA01-1~4
  • DOI: http://doi.org/10.7567/JJAP.55.05FA01
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Influence of NH3 input partial pressure on N-polarity InGaN growth by tri -halide vapor phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirasaki, T. Hasegawa, M. Meguro, Q. T. Thieu, H. Murakami, Y. Kumagai, B. Monemar, A. Koukitu
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: アクトシティ (静岡県浜松市中区)
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Properties of Doped and Intrinsic β-Ga2O3 (2015)
  • 著者名/発表者名: I. G. Ivanov, K. Goto, K. Nomura, H. Murakami, Q.T. Thieu, R. Togashi, Y. Kumagai, A. Kuramata, M. Higashiwaki, A.Koukitu, S. Yamakoshi, E. Janzén, and B. Monemar
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Si Doping of beta-Ga2O3 in Halide Vapor Phase Epitaxy and Its Electrical Properties (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Goto, K. Nomura, H. Murakami, Q. T. Thieu, R. Togashi,Y. Kumagai, A. Kuramata, B. Monemar, A. Koukitu, S. Yamakoshi
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature-Dependent Device Characteristics of HVPE-GrownGa2O3 Schottky Barrier Diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Konishi, K. Sasaki, K. Goto, K. Nomura, Q. T. Thieu, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, B. Monemar, A. Koukitu, A. Kuramata, S. Yamakoshi, and M. Higashiwaki
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] EPR Studies of Defects in β-Ga2O3 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. T. Son, K. Goto, K. Nomura, H. Murakami, Q. T. Thieu, R. Togashi, Y. Kumagai, A. Kuramata, M. Higashiwaki, AKoukitu, S. Yamakoshi, B. Monemar, and E. Janzén
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Study on Thermal Stability of Group-III Oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Togashi, K. Nomura, C. Eguchi, Y. Kisanuki, K. Goto,Q. T. Thieu, H. Murakami, Y. Kumagai, A. Kuramata, S. Yamakoshi, B. Monemar, A. Koukitu
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Anisotropy, Phonon Modes and Band-to-Band Transitions inSingle-Crystal Monoclinic Beta-Ga2O3 Determined by THz to VUV Generalized Ellipsometry (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Schubert, R. Korlacki, S. Schoeche, V. Darakchieva,B. Monemar, K. Goto, K. Nomura, H. Murakami, Q.T. Thieu, R. Togashi, Y. Kumagai, A. Kuramata, M. Higashiwaki, A.Koukitu, S. Yamakoshi, E. Janzén, D. Gogova6, M.Schmidbauer, Z. Galazka
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
  • 発表場所: 桂キャンパス (京都市西京区京都大学)
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会