2022 Fiscal Year Research-status Report
liquid phase epitaxy of nitride semiconductor thin films under an atmospheric pressure nitrogen ambience
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22K04954
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| Research Institution | Meisei University |
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Principal Investigator |
赤坂 哲也 明星大学, 理工学部, 教授 (90393735)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 液相成長 / 常圧液相成長 / エピタキシ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、以下の取り組みを行った。窒化物半導体の常圧液相成長は極めて新規性の高い研究課題であり、最適な成長条件や成長可能な基板に関する知見も十分得られていない。そこで、成長用基板として安価な石英基板を用い、非晶質の基板上においても窒化ガリウム(GaN)薄膜の結晶成長が可能であるか検討を行った。
常圧液相成長法により作製したGaN薄膜の構造、結晶性、および、光学特性を様々な測定装置を用いて評価した。まず、微分干渉顕微鏡により薄膜表面を観察した。成長時間が比較的短かったこともあり、GaN薄膜は基板全面を覆っておらず、島状に成長していた。しかしながら、島状に成長している領域には細かな結晶粒子が確認された。当該試料に対してX線回折のθ-2θ測定を行ったところ、2θ=34.6°付近のGaN(0002)のほぼ単一の回折ピークが得られた。すなわち、非晶質である石英を成長用基板として用いた場合でも、基板面の垂直方向に対してｃ軸が強く配向したＧａＮ薄膜が成長することが分かった。ただし、同薄膜が単結晶構造であるのか、あるいは、基板面に対してｃ軸配向した柱状の多結晶構造であるのかを明らかにするためにはさらなる検討が必要である。なお、可視紫外域の透過率測定も実施したが、ＧａＮの膜厚が薄い、あるいは、島状であるためか、ＧａＮの基礎吸収端に相当する透過率の低下は明瞭に観察することはできなかった。
2022年度の成果発表としては、国際会議である第12回アジア太平洋物理会議The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC 12)での口頭発表がある。
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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
当初の2022年度における研究計画の概要は以下の通りであった。「まず、常圧液相成長における成長条件（原料組成比、成長温度、成長時間等）のうちひとつをパラメータとして選んで複数回成長を行う。そして、成長したGaN薄膜に対して、様々な手法を用いて表面モフォロジ、結晶構造、および、光学・電気特性を丁寧に評価する。具体的には、微分干渉顕微鏡やAFMを用いた表面モフォロジ観察、単結晶薄膜対応エックス線回折装置による結晶構造解析を実施する。さらに、フォトルミネッセンス測定装置により発光特性を、ホール効果測定により移動度や残留キャリア濃度の成長条件依存性も明らかにする。」
実際の実施状況としては、次の通りであった。常圧液相成長における成長条件のうちひとつ（原料組成比）をパラメータとして選んで複数回成長を行った。成長したGaN薄膜に対して、微分干渉顕微鏡による表面観察、単結晶薄膜対応エックス線回折装置による結晶構造解析、および、可視紫外域の透過率測定を実施した。フォトルミネッセンス測定装置による発光特性やホール効果測定による移動度や残留キャリア濃度の成長条件依存性までは行う余裕がなかったものの、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、常圧液相成長における成長条件のうち、原料組成比以外の成長温度や成長時間等をパラメータとしてGaN薄膜の成長を行っていく。そして、様々な手法を用いて表面モフォロジ、結晶構造、および、光学・電気特性を丁寧に評価する。具体的には、微分干渉顕微鏡やAFMを用いた表面モフォロジ観察、単結晶薄膜対応エックス線回折装置による結晶構造解析を実施する。さらに、フォトルミネッセンス測定装置により発光特性を、ホール効果測定により移動度や残留キャリア濃度の成長条件依存性も明らかにする。
特に、エックス線回折測定では、非晶質の石英基板上にｃ軸配向して成長したＧａＮ薄膜が、単結晶構造であるのか、あるいは、基板面に対してｃ軸配向した柱状の多結晶構造であるのかを詳細に検討する。
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| Causes of Carryover |
フォトルミネッセンス測定において、より多くの情報量を得ることができる「クライオスタット装置」の購入を検討したが、コロナ禍および世界的な半導体不足の影響のため、現実的な期日までの納入が困難であった。そのため、光学特性評価のために、反射率測定が可能な「マルチチャンネル分光器一式」を購入した。概ねこれらの装置の差額分が次年度使用額となった。
2023年度は当該繰り越し分も含め、研究遂行に必須な各種消耗品（原料や基板ウェーハ等）や旅費等に使用する予定である。
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