コンビナトリアル合成MOCVD法による高格子不整合半導体薄膜の作製

组合合成MOCVD法制备高晶格失配半导体薄膜

基本信息

批准号：
10750604
负责人：
角谷正友
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750604/
关键词：
MOCVD ウルツ鉱GaN 極性成長モード不純物 ab initio MD KOH エッチング GaN CAICISS 基板窒化

项目摘要

ウルツ鉱型GaNがc軸方向に持つ非対称性(極性)が、MOCVD法によるGaN成長時に誘起する問題を明らかにすることを目的に研究を行ってきた。(1)N面GaN薄膜の成長モードN面(-c)GaN薄膜では、数10μmの大きさを持つ6角形ファセットが多く集まった表面モフォロジーが特徴である。成長初期段階からこの特徴的な6角形ファッセットが形成されていた。そして、成長時間と共にそれぞれの6角形ファッセットが衝突するまで横方向の成長が進み、その後c軸方向にスパイラルらしき成長が始まる様子が観察された。これは薄膜前駆体のシンクとして働いていた6角形のステップエッジがお互いに衝突した時点でシンクとして機能しなくなり、別のモードで平坦な6角形上にGaNが成長したためと考えられる。(2)不純物混入のGaN極性依存性成長条件に関わらず、C,O,Alの不純物はGa面(+c)GaNよりも-cGaNに多く含まれることが2次イオン質量分析(SIMS)より明らかになった。また、GaNにp型ドーパントを気相中に同量混入しても、-cGaNに多くのドーパントが含まれることがSIMSおよび発光スペクトルより確認された。これは+cと-c極性により表面構造が異なるため、前駆体のGaN成長表面での吸着エネルギーに差が生じたためと考えられる。N終端されたGaN表面上でGaと各不純物の吸着エネルギー(E_<ad>)をab initio molecur dynamics(MD)計算から求めた結果、不純物とGaとのE_<ad>の差が-cGaN表面上の方が小さいことがわかった。これは不純物が-cGaNの方に多く取り込まれるチャンスが大きいことを意味しており、実験結果と矛盾しない。(3)エッチングの極性依存性アルカリ溶液(KOH)に対して、+cGaNは安定、-cGaNはエッチングされることが分かった。このエッチング異方性は、GaNの作製方法によらず、極性のみに依存する。光電子分光法(XPS)による表面観察からKOHのエッチングメカニズムについて検討した。

我们一直在进行研究，以澄清在通过 MOCVD 生长 GaN 时纤锌矿型 GaN 在 c 轴方向上的不对称性（极性）造成的问题。 (1)N面GaN薄膜的生长方式 N面(-c)GaN薄膜的特征是表面形貌由许多尺寸为数十微米的六边形小面组成。这种特征性的六边形刻面是在生长的早期阶段形成的。横向生长随着时间的推移而进展，直到六边形面碰撞，然后观察到螺旋状生长在c轴方向开始。这被认为是因为六边形的阶梯边缘（充当薄膜前驱体的凹陷）当它们彼此碰撞时不再充当凹陷，并且GaN以不同的模式在平坦的六边形上生长。 (2)杂质含量对GaN极性的依赖性二次离子质谱(SIMS)表明，无论生长条件如何，-cGaN中比Ga面(+c)GaN中含有更多的C、O和Al杂质。变得清晰起来。此外，SIMS和发射光谱证实，即使将相同量的p型掺杂剂混入GaN的气相中，-cGaN也含有大量掺杂剂。这被认为是由于取决于+c和-c极性的表面结构的差异而导致GaN生长表面上的前体的吸附能的差异。通过从头算分子动力学（MD）计算，计算Ga和各杂质在N端GaN表面上的吸附能（E_<ad>），结果，杂质与Ga之间的E_<ad>之差为- cGaN表面事实证明，上面的那个更小。这意味着更多的杂质有更大的机会掺入-cGaN中，这与实验结果一致。 (3)蚀刻极性的依赖性发现+cGaN是稳定的，而-cGaN被碱性溶液(KOH)蚀刻。这种蚀刻各向异性仅取决于极性，与 GaN 制造方法无关。使用光电子能谱 (XPS) 进行表面观察，研究了 KOH 的蚀刻机理。