地球環境に優しいSi基板ベース高品質GaN擬似基板の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650014
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319)
• Keywords: GaN / Si / γアルミナ / NH3 / アンモニア / ガスソースMBE / RHEED

Research Abstract

GaNに代表される窒僻勿半導体は、青色発光ダイオードや青色レーザーダイオドなどの屈皮長発光素子用材料として活用されている。しかしながら、GaNには、それ自身の単結晶基板が存在しないために、サファイア基板やSiC基板を基板結晶材料として用いている。このことが、GaN系窒伽勿半導体素子の製造コストを高くし、また加工性を低くしている一つの原因である。
本研究では、低コストで大面積叫尉以的なGaN結晶基板を開発する基楓芝村の開発を目的とする。具体的には、Si基板を用いて、その上に高品質なGaN層をヘテロエピタキシャル成長する。Si基板を用いる場合には、Si材料が活性なため、窒僻勿半導体の構成元素である窒素と激しく反応(Si基板の窒化反応を起こし、GaN材料の直接的なヘテロ成長を行うことが困難である。そのため、本研究では、薄いγ-アルミナ層を中間層として用い、Si基板表面の反応1舌性な性質を抑制した。
アンモニア(NH_3)ガスを窒素の供給原とするガスソースMBE法により、GaNヘテロエピ層の成長を行った。γアルミナ/Siハイブリッド基板上におけるNH_3ガスソースの熱分解を効率よく進めるために、成長温度を800℃として、NH_3ガスソースMBE法によるGaNエピ層の成長条件を割り出した。結晶の成長方位の基板面依存性を調べた結果、γアルミナ/Si(III)基板では、六方晶GaNが安定に成長することを確認した。一方、γ-アルミナ/Si(100)基板では、六方晶と立方晶の混在する程度がNH_3の供給蓮に依存して変化することを見いだした(論文1)。さらに高品質な擬似GaN基板を作成するためには、成長温度900℃以上におけるGaNエピ層の成長過程を明らかにする必要がある。基楓品度900℃以上では、GaNバッファー層が再結晶化する。本研究では、その過程をRHEED観察によりその場観察し、AFMによる表面形状観察を行った。その結果、GaNエピ層は、バッファー層を一端900℃以上でアニールしてから成長を行うことによって、より平坦な成長面を御寺することカ判明した(論文2)。今後の展望として六方晶GaNの安定な成長条件を探り、さらに1000℃以上の成長温度域におけるGaNの成長様式ならびに成長過程を解明していく。

Research Products

• [Publications] Naoki Ohshima, et al.: "Epitaxial Growth of GaN by Gas Source Molecular Beam Epitaxy Using NH_3"Transaction of the Materials Research Society of Japan. 27. 475-478 (2002)
• [Publications] Naoki Ohshirna, et al.: "Growth Process of GaN on Sapphire at High Growth Temperature by Gas Source Molecular Beam Epitaxy"Transaction of the Materials Research Society of Japan. (発表予定). (2002)