選択成長法によるシリコン基板上への集積形窒化物半導体デバイスの作製に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305023
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 沢木 宣彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70023330)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 成泰 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (70217032) ; 山口 雅史 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (20273261)
• Keywords: GaN / 選択成長 / 三族窒化物 / シリコン基板 / 量子ドット / 量子細線 / 緩衝層 / 異種基板

Research Abstract

本研究は、シリコン基板上への窒化物半導体の結晶成長に関する。
1. シリコン基板上へのMOVPE選択成長法により窒化物六角錘台構造およびストライプ構造の作製を行い、これら結晶の品質ならびに電気的、光学的特性、特にシリコン基板との間に挿入する緩衝層の効果を、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、カソードルミネッセンスにより評価し、高品質な結晶(結晶欠陥が無く、結晶軸ゆらぎが少ない)を得ることを実証した。
2. ストライプ構造の窒化ガリウム結晶の上に、さらにアルミニウムを含む混晶を成長させヘテロ構造を作製した。この結晶の断面SEMとCLイメージを測定し、ヘテロ構造ならびにサンドイッチ構造(量子構造)ができていることを確認した。
3. 傾斜シリコン基板上に異方性エッチングによって(111)面を露出させ、ここにのみ選択的に窒化物結晶を成長させる手法を開発した。この手法による窒化物結晶のC軸は基板面と28度の傾きを有し熱膨張係数さによるクラックの導入を低減させることができた。
4. 選択成長法によって(111)シリコン基板上での結晶成長の領域を制限し、結晶歪みを低減する手法を提案した。この方法により、一辺が200-500ミクロンの正方形のクラックのない単結晶を作製することに成功した。得られた結晶のX線回折スペクトル、ホトルミネッセンススペクトルはMOVPE法によってシリコン基板上に作製した窒化物について従来報告されているどの値よりも優れていた。

Research Products

• [Publications] N. Sawaki: "Selective growth of GaN on patterned silicon substrate"Proceedings 2001 Korea-Japan Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipments. Che ju. 84-88 (2001)
• [Publications] Y. Honda: "Selective area growth of GaN microstructures on patterned (111) and (001) Si substrate"J. Crystal Growth. 230. 346-350 (2001)
• [Publications] T. Kato: "Selective Growth of GaN/A1GaN Microstructures by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・3B. 1896-1898 (2001)
• [Publications] S. Tanaka: "Structural characterization of GaN laterally overgrown on a (111) Si substrate"Appl. Phys. Lett.. 79・7. 955-957 (2001)
• [Publications] Y. Honda: "Growth of GaN crsystal free from cracks on a (111) Si substrate by selective MOVPE"Appl. Phys. Lett.. 80・2. 222-224 (2002)