低温バッファ層ナノ結晶制御によるIII族窒化物半導体高品質結晶成長

通过控制低温缓冲层中的纳米晶体实现III族氮化物半导体的高质量晶体生长

基本信息

批准号：
03J50291
负责人：
村上尚
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

GaN系材料を用いた光デバイスは、低温バッファ層技術、選択横方向成長を用いた転位低減技術の開発により実現がなされているが、GaN系電子デバイスの開発に関しては、未だ実用化に至っていない。GaNは高い絶縁破壊電界、飽和ドリフト速度、熱伝導率をもつことから、テラヘルツ級の高周波化が可能となると考えられている。しかし、現在実用化されているGaN基板の転位密度が大きい、寄生容量や誘電損失を防ぐための半絶縁性GaN基板が無いこと等が実用化の弊害となっている。本研究では、高抵抗GaN厚膜を得るため、成長と同時にp型ドーパントであるフェロセン((C_5H_5)_2Fe:Cp_2Fe)を気相で供給し、FeCl_2としてGaN中に鉄をドーピングしキャリアの補償を行った。今回は、GaNの比抵抗、キャリア密度、キャリア移動度と各原料供給比との相関について明らかにした。ノンドープのGaNにおいては、比抵抗が2.7x10^<-3>Ω・cmのn型伝導を示したが、Feドーピング濃度の増加に伴い比抵抗が増加した。フェロセンの供給分圧比(P_<Cp_2Fe>/P_<GaCl)が6.83x10^<-1>のときに3.0x10^9Ω・cmとノンドープと比較して12桁大きい比抵抗を持つGaNが得られ、GaN厚膜の半絶縁性化に成功した。二次イオン質量分析により結晶膜中の不純物濃度を測定したところ、ノンドープのGaN中には2x10^<19>cm^<-3>の酸素が存在し、本成長装置により成長したGaNの主な残留ドナーは酸素であることが明らかとなった。また、Feドーピングを行うことにより、Fe不純物濃度がOの不純物濃度を超えたときに高抵抗化していることがわかり、キャリアの補償が確認された。結晶品質に関しては、c軸配向性はFe濃度の増加に伴って徐々に劣化するが、結晶中の欠陥密度は減少することがわかった。これは、FeドーピングによるGaN表面における横方向成長の促進によるものと考えられる。

使用基于GAN的材料的光学设备已经通过使用选择性侧向生长的低温缓冲层技术和脱位技术来实现，但是基于GAN的电子设备的开发尚未用于实际使用。由于GAN具有高击穿电场，饱和漂移速度和导热率，因此人们认为可以达到terahertz的高频。但是，当前的实际应用是GAN底物的脱位密度很大，并且缺乏半胰岛的GAN底物来防止寄生能力和介电损失等。实际使用是缺点。在这项研究中，为了获得厚的高抗性GAN膜，二昔新（（（C_5H_5）_2FE：CP_2FE）在气相中喂食，这是P型掺杂剂，并将铁作为Fecl_2掺入GAN，以补偿载体。这次，我们阐明了GAN特异性电阻，载体密度，载体迁移率和每个原材料供应比率之间的相关性。在非掺杂的gan中，特异性电阻为2.7x10^<-3>ω·cm，但特异性电阻随着Fe掺杂浓度的增加而增加。当苯二硫化的供应部分压力比（p_ <cp_2fe>/p_ <gacl）为6.83x10^<-1>，gan的电阻率为3.0x10^9Ω·cm，获得12个数量级，比未掺杂的数量级高，获得了gan厚膜，并成功地制作了半含量的半含量。当通过次级离子质谱法测量晶体膜中的杂质浓度时，发现2x10^<19> cm^<-3>氧气存在于未掺杂的gan中，并且氧是该生长设备生长的GAN的主要残留供体。此外，通过执行Fe掺杂，发现当Fe杂质浓度超过O杂质浓度并确认载体补偿时，电阻会增加。关于晶体质量，发现C轴取向随着Fe浓度的增加逐渐恶化，但晶体中的缺陷密度降低。这被认为是由于通过Fe掺杂促进了GAN表面上的横向生长。