2006 Fiscal Year Annual Research Report
金属バッファ層上でのGaN半導体の結晶成長-遷移金属窒化物に着目して-
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17760568
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊藤 和博 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60303856)
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| Keywords | 遷移金属窒化物 / TiN / GaN / ヘテロエピタキシャル / バッファ層 / 反応スパッタ |
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| Research Abstract |
現状の汎用青色LEDは、サファイア基板上に成膜したGaN系半導体で作製されている。サファイア基板上に連続かつ平坦なGaNをヘテロエピタキシャル成長させるには、AINバッファ層の開発が欠かせなかった。しかし、サファイアとAINは絶縁体であるため、複雑な横型LED構造を取らざるを得ない。より高輝度なLEDを作製するには、簡単な縦型LED構造にすることがひとつの方策である。縦型LED構造には、導電性の基板とバッファ層が必要であり、本研究では、その第一歩として導電性バッファ層の開発を試みた。
昨年度は、導電性バッファ層として遷移金属窒化物に着目し、その中でもTiN膜上ではGaN膜が連続、平坦に成長することを報告した。連続で平坦なGaN膜の成膜には、TiNバッファ層成膜条件として、1)2軸配向性((111)面配向+面内配向)、2)窒素濃度を化学量論組成より増加させること、3)結晶粒を微細化させることが重要であることを報告した。
本年度は、高品質なGaN膜成膜に及ぼす基板温度の低減とTiN膜厚の低減の影響を調べた。その結果、基板温度の低減とTiN膜厚の低減は、 TiN結晶粒の微細化に有効であり、微細化によりGaN膜の平坦性が向上することを見出した。基板温度が室温でTiN膜厚が5nmのときに最も平坦なGaN膜が得られた。その表面平坦性は約10nm以下であった。この条件で、TiN膜の結晶粒は最も微細とあった。このTiNバッファ層上では、GaN初期成長時のGaN島密度が最大となり、その後の平坦なGaN層状成長へと移行した。つまり、TiN膜の粒界が核生成サイトとなり、平坦なGaN膜成膜にはGaN核生成頻度の増加が必須であることを実証した。TiN膜厚を5nmより薄くすると、 TiN結晶粒は5nm厚のときより微細化せず、GaN島の成長は横方向より縦方向が優先的となり、GaN膜表面には多数の溝と穴が形成した。5nm厚より薄いTiN膜では、バッファ層としての効果が低減されてきたのも高品質なGaN膜が得られない一因と考えられる。
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[Journal Article] Characterization of GaN layers grown on metallic TiN buffer layers2007
Author(s)
S-J.Lee, K.Ito, Y.Uchida, S.Tsukimoto, Y.Ikemoto, K.Hirata, M.
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Journal Title
Extraction, Processing, Structure and Properties Proceedings on General Abstracts : Electronic, Magnetic, and Photonic Materials Division
Pages: 1-5
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[Journal Article] Epitaxial growth of GaN layers on ultra-thin metallic TiN buffer layers2007
Author(s)
K.Ito, Y.Uchida, S-J.Lee, S.Tsukimoto, Y.Ikemoto, K.Hirata, M.
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Journal Title
Extraction, Processing, Structure and Properties Proceedings on General Abstracts : Electronic, Magnetic, and Photonic Materials Division
Pages: 7-12
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