2014 Fiscal Year Annual Research Report
窒化アルミニウムガリウム超格子のコヒーレント成長機構解明とデバイス応用基礎
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14J07117
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
金子 光顕 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 炭化珪素 / 分子線エピタキシ法 / 短周期超格子 / コヒーレント成長 / 格子緩和 / ラマン散乱 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlGaN混晶を用いたAlN系デバイスは、深紫外LEDや、高耐圧高温動作HEMTの実現に有望な材料である。高性能デバイス実現には結晶中の拡張欠陥低減が重要である。欠陥低減には結晶成長時に成長層に歪みを内包させ、格子緩和させないこと（コヒーレント成長）が理想的である。本研究ではAlGaN規則混晶であるAlN/GaN短周期超格子のSiC基板上へコヒーレント成長実現および成長機構の解明を目指している。
本年度は、成長機構解明に主眼を置き研究を行った。超格子を構成する1 nm以下の極薄GaN層の成長には前後に成長するAlN層の原料Al/N比制御が重要であるが、これまで、Al/N比が変化した際の極薄GaN層成長機構について詳細な議論はなされてこなかった。そこで、原料Al/N比による極薄GaN層成長可否と極薄GaN層成長による緩和機構評価を行った。
Al/N比面内分布を有する条件でAlN/極薄GaN多層構造の成長を行った。カソードルミネセンス測定から、Al/N比が僅かにAl過剰のときに極薄GaN層成長可能であることがわかった。極薄GaN層の格子緩和評価のため、AlN/GaN多層構造の上下に100 nmのAlN層を成長した。X線回折測定およびラマン散乱測定による歪み測定から、多層構造下のAlN層はAl/N比に関わらずコヒーレント成長を維持するが、多層構造成長箇所では格子緩和が生じ、Al/N比の減少に伴って上部AlN層の緩和度が増加することを明らかにした。断面透過型電子顕微鏡観察により、GaN層から貫通転位が発生していることを確認した。上部AlN層は極薄GaN層の緩和度を引き継ぐため、Al/N比によってGaN層の緩和度が変化することがわかった。
AlN/GaN超格子のコヒーレント成長では、格子不整合の大きいGaNの緩和機構が重要であるため、超格子の成長機構解明に向けて意義深い成果と言える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は研究目的（1）SiC基板上のAlN層およびAlN/GaN超格子の臨界膜厚モデル構築を進めた。AlN層の臨界膜厚モデル構築について、対外発表は行っていないが、SiC微傾斜基板上のAlN層は既存の臨界膜厚モデルでは説明できない緩和機構を有していることを明らかにした。AlN/GaN超格子の臨界膜厚モデル構築について、超格子を構成する極薄GaN層の緩和度がAlN層の原料Al/N比により異なることを明らかにした。
（1）は次年度と二年かけて進めている課題であり、次年度に向け想定どおりの成果があったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も引き続き研究目的（1）SiC基板上のAlN層およびAlN/GaN超格子の臨界膜厚モデル構築を進めていく。AlN層について、本年度解明された緩和機構を元に、成長温度、膜厚を変化させたAlN層を成長しモデル構築を目指す。AlN/GaN超格子については、本年度極薄GaN単層に関する緩和機構の知見を元に、AlN/GaN超格子でも同様にAl/N比が異なる条件で成長し、超格子の緩和機構解明を目指す。
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