高圧高温熱処理による高品質インジウム系窒化物半導体の創製と熱電素子応用

通过高压、高温热处理制备高品质铟基氮化物半导体并应用于热电器件

• 批准号: 21H01831
• 负责人: 荒木 努
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01831/
• 关键词: 窒化物半導体; 半導体; 結晶成長; 分子線エピタキシー; 窒化インジウム; 熱処理

本研究課題の目的は、RF-MBE法を用いて作成したInN結晶を高温・高圧熱処理によって、さらなる結晶品質の改善を実現し、そのメカニズム構築とデバイス応用へ向けた基盤技術を開発することにある。課題2年目は、①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明と②1年目に作成したInN結晶に対する高温・高圧熱処理実験の基礎検討を行った。①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明本研究項目では、DERI法成長InNで観察された異常成長領域および平坦に成長した領域に対してTEM観察を行うことで、異常成長領域の発生過程について検討した。異常成長領域の中央部ではInNが成長していない部分が存在し、内縁部では膜厚の大きいInNが成長し、外縁部では中央に向かうほどInN膜厚が大きいことがわかった。また、異常成長領域とInNが平坦に成長した領域でGaN中の転位種類判別を実施した結果、GaNテンプレート中のらせん転位を起点としてInドロップレットが発生し、異常成長領域が形成されると考えた。②InN結晶に対する高温・高圧熱処理実験の基礎検討課題1年目に作成したInN結晶の中から比較的電気的特性に優れた（キャリア濃度18乗台前半、移動度1500cm2/Vs以上）InNに対して、高温・高圧熱処理実験を試みた。熱処理は、量子科学技術研究開発機構SPring8内のビームラインBL14にて実施した。InN結晶10mm角試料をダイシングにより1mm角にカットし、ダイヤモンドアンビルに封入後、圧力9.5GPa、時間30分、温度650、750、850℃の3条件で高温・高圧熱処理実験を行った。850℃ではInNの分解・剥離が見られ十分な評価ができなかった。650℃、750℃で処理した試料をX線回折測定、TEMで評価を行ったが、明瞭な結晶性の改善は得られなかった。

本研究项目的目的是通过高温高压热处理进一步提高采用RF-MBE方法制造的InN晶体的晶体质量，并构建其机理并开发器件应用的基础技术。在项目的第二年，我们（1）利用RF-MBE生长DERI方法阐明了InN生长过程中的初始生长机制，（2）对InN的高温高压热处理实验进行了基础研究第一年创造的晶体。 ① 利用 RF-MBE 生长 DERI 法阐明 InN 生长过程中的初始生长机制 在本研究项目中，我们对 DERI 法生长的 InN 中观察到的异常生长区域和平坦生长区域进行了 TEM 观察，了解了异常生长的发育过程。地区进行了调查。发现在异常生长区域的中心存在InN不生长的部分，在内缘处生长出较厚的InN，并且在外缘处InN膜厚朝中心增加。此外，通过区分异常生长区域和InN平坦生长区域中的GaN位错类型，我们认为In液滴是从GaN模板中的螺旋位错开始生成的，形成异常生长区域。塔。 ②InN晶体高温高压热处理实验基础研究课题第一年制作的InN晶体中，电性能相对优异的InN（载流子浓度在18以下，迁移率超过1500 cm2/Vs） ，我们尝试了高温/高压热处理实验。热处理在国家量子放射线科学研究所SPring 8的光束线BL14进行。将10mm见方的InN晶体样品通过划片切成1mm见方的块，密封在金刚石砧中后，在压力9.5GPa、时间30分钟、温度3种条件下进行高温/高压热处理实验。 650、750 和 850°C。在850℃下，观察到InN的分解、剥离，无法进行充分的评价。通过X射线衍射测量和TEM评估在650℃和750℃下处理的样品，但结晶度没有得到明显的改善。

项目成果

Microstructural Characterization of Nitride Semiconductor Films Grown on ScAlMgO4 Substrate by RF-MBE

RF-MBE 在 ScAlMgO4 衬底上生长氮化物半导体薄膜的微观结构表征

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Wada; Y. Kuroda; S. Kayamoto; N. Goto; T. Fuji; S. Mouri; Y. Shiraishi; T. Fukuda;T. Araki
• 通讯作者: T. Araki

Growth of Ga2O3 Film on ScAlMgO4 Substrate by Mist-Chemical Vapor Deposition

雾化化学气相沉积法在 ScAlMgO4 基片上生长 Ga2O3 薄膜

• DOI: 10.35848/1347-4065/acbf5a
• 发表时间: 2023
• 作者: S. Yamashita; R. Moriya; H. Takane; Y. Wada; Y. Yamafuji; J. Kikawa; M. Matsukura; T. Kojima; T. Shinohe; K. Kaneko; T. Araki
• 通讯作者: T. Araki

AlNテンプレート基板上にRF-MBE法で成長したInNの発光特性

RF-MBE法在AlN模板基底上生长InN的发光特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 中山 大輝; 毛利真一郎; 福田安莉; 高林佑介; 正直花奈子; 三宅秀人; 荒木努
• 通讯作者: 荒木努

ScAlMgO4基板上窒化物半導体結晶RF-MBE 成長の最近の進展

ScAlMgO4衬底上氮化物半导体晶体RF-MBE生长的最新进展

• 发表时间: 2021
• 作者: 荒木努

Study of the contact resistance of α-Ga2O3 on m-plane sapphire substrate with respect to Sn concentration using the circular transfer length method

利用圆转移长度法研究α-Ga2O3在m面蓝宝石衬底上的接触电阻随Sn浓度的变化

• DOI: 10.35848/1347-4065/acc03b
• 发表时间: 2023
• 作者: Y. Yamafuji; J. Kikawa; S. Yamashita; T. Shinohe; T. Araki
• 通讯作者: T. Araki