New concept for crystal growth of nitride semiconductors using extended degree of freedom

使用扩展自由度进行氮化物半导体晶体生长的新概念

基本信息

批准号：
21H04609
负责人：
福山博之
金额：
$ 26.37万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04609/
关键词：
結晶成長窒化アルミニウム窒化物半導体

项目摘要

①フラックス法によるAlN結晶成長実験本年度は、前年度のその場観察実験を踏まえ、ガス冷却管を導入してフラックス内に温度差を設けることによってAlNの連続成長を可能とする実験系を構築した。構築した実験系を用い、結晶成長実験を行い、連続成長の可能性について検討するとともに、結晶成長前の合金融液への窒素溶解過程の効果についても調査した。所定のNi-Al合金をAlN坩堝に入れ、高周波炉内に設置し、AlNが成膜されたサファイア基板上へのエピ成長を試みた。溶融した合金へAlN坩堝および気相からの窒素を溶解させた後、アルミナ保護管に貼付した基板を合金浴に浸漬した。浸漬中、アルミナ保護管内をガス冷却し、基板近傍を局所的に冷却しAlNを成長させた。AlN成長後、基板を合金浴から引き上げ、結晶の表面および断面観察を行ない、浸漬時間とAlN成長量の関係を調べた。実験結果より、成長初期では島状のAlNが生成し、その後それらが合体することで膜状のAlNが生成することが分かった。また、基板浸漬前の窒素溶解過程がAlN膜の成長に顕著な効果があることが明らかとなった。②放射光X線による結晶性評価作製したAlN結晶について、以下の3通りの測定を行った。（１）X線トポグラフィ：試料全体を観察。結晶成長部と種結晶とで明確な違いはなかった。（２）ステップスキャンセクショントポグラフィ：試料の断面像を観察。結晶成長した部分は比較的格子面の乱れは少ないように見えた。（３）ラウエパターンマッピング：結晶成長部と種結晶とでラウエパターンはほとんど変化しなかった。用いた結晶の成長量が小さく、種結晶と分離して十分な評価が行えなかった可能性がある。現在、再度測定する準備を進めている。

① 使用助熔剂法的AlN晶体生长实验今年，在前一年的原位观察实验的基础上，我们构建了一个实验系统，通过引入气体冷却管并在助熔剂中产生温差，可以连续生长AlN。。利用构建的实验系统，我们进行了晶体生长实验，以检验连续生长的可能性，并研究了晶体生长前合金液中氮溶解过程的影响。将规定的Ni-Al合金放入AlN坩埚中，放入高频炉中，尝试在蓝宝石基板上进行AlN的外延生长。将AlN坩埚中的氮气和气相溶解到熔融合金中后，将连接到氧化铝保护管的基材浸入合金浴中。在浸入过程中，对氧化铝保护管的内部进行气冷，以局部冷却靠近基板的区域以生长AlN。 AlN生长后，将基体从合金浴中拉出，观察晶体的表面和横截面，并研究浸泡时间与AlN生长量之间的关系。实验结果表明，生长初期形成岛状AlN，随后它们聚结形成膜状AlN。研究还表明，衬底浸泡前的氮溶解过程对 AlN 薄膜的生长有显着影响。 ②使用同步辐射X射线的结晶度评价对制作的AlN晶体进行以下3次测定。 (1)X射线形貌：观察整个样品。晶体生长部分和籽晶之间没有明显差异。 (2)步进扫描断面形貌：观察样品的断面图像。看起来晶体生长区域中晶格面的无序程度相对较低。 (3)劳厄图样映射：劳厄图样在晶体生长部分和籽晶之间几乎没有变化。可能是所使用的晶体的生长量小，无法通过将其与晶种分离来进行充分的评价。目前我们正在准备再次进行测量。