アルミニウム源添加直接合成法による窒化アルミニウムガリウムのバルク結晶成長

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560308
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 西野 克志 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 助教授 (70284312)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 士郎 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (20135411)
• Keywords: 窒化アルミニウムガリウム / バルク / 直接合成法 / 基板

Research Abstract

本研究では直接合成法にアルミニウム(Al)源を添加し、基板として使用可能なバルク窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)結晶を得ることを目指した。直接合成法でバルクGaNを成長する場合、原料には金属Gaとアンモニアを用いる。短波長発光デバイスへの使用を考えた場合、Al組成を制御したAlGaN混晶基板が作製できれば、作製する発光デバイスの波長より少し広い禁制帯幅を持つ基板が得られる。その結果、基板による光吸収を抑え、かつほぼ格子整合した系での成長が可能となり、同時に禁制帯幅が広すぎないため電気伝導性の制御も容易になる。そこで直接合成法にAl源としてトリメチルアルミニウム(TMA)を添加し、AlGaN結晶を作製した。直接合成法による結晶成長においては基板としてサファイアc面上にMOCVD法により薄いGaNを成長したテンプレートを用いた。当初はそれほどAl組成の高くない領域を目指し結晶成長を行った。まずGaN成長の場合と同じ1050℃で成長したところ、AlGaNが得られた。またカソードルミネセンス評価からTMA流量を変化させることでAl組成が変化することが確認できた。しかし結晶性は悪くAl組成の不均一も非常に大きかった。つまり実用に耐えうる成長膜は得られなかった。そこで成長温度を1100℃まで上げたところ、組成不均一の比較的小さいAlGaNが得られた。1時間の成長で得られた膜厚は20μm程度で表面も比較的平坦であった。カソードルミネセンスのピーク波長からAl組成を見積もったところ、最大でおよそ22%であった。さらに温度を上げると、非常に表面の荒れた膜しか得られなかった。これはアンモニアと金属Gaが過剰に反応したためであると考えられる。