低転位大型バルクガリウムナイトライド単結晶の育成

低位错大块氮化镓单晶的生长

基本信息

批准号：
04J08321
负责人：
森下昌紀
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

GaN系半導体は蛍光灯に替わる白色発光デバイスや次世代電子デバイスへの応用が期待されているが、デバイス中に残存する多くの転位がデバイス特性を悪化させている。転位低減のためには、低転位GaN基板上にデバイス作成する必要があり、低転位大型GaN単結晶の実現が望まれている。私は、Naフラックス法を用いたGaN単結晶育成にLPE成長技術を応用することで、基板サイズの単結晶を得ることに成功し、得られた結晶の転位密度が下地に比べて数桁低い値であることを確認した。Naフラックス法の実用化に向けて、2インチサイズのGaN基板育成技術の確立が必須であるが、(1)基板以外での多結晶成長によってLPE成長速度が低下する、(2)転位密度の面内分布が激しい、(3)再現性が悪い、などの問題が残されていた。(1)については、基板以外での多結晶成長が起こらずLPE成長のみが起こる条件と温度と圧力の関係を調査した。その結果、育成温度が高いほど基板以外での多結晶成長を抑制しながら高いLPE成長速度を維持できることが明らかになった。また、Naに炭素を微量添加することで基板以外での多結晶成長が劇的に抑制できることを発見した。(2)については、溶液の上部と下部で温度差をつけ、熱対流を起こすことで溶液を攪拌させることを試みた。その結果、結晶の表面平坦性が劇的に改善され、成長速度を増加させることにも成功した。(3)については、不純物の混入防止を徹底することで改善できると考え、炉の構造を改善した。新育成炉の開発によって再現性は飛躍的に向上した。以上で述べたように(1)〜(3)の問題はほぼ解決され、2インチサイズで厚さが約2mm(成長速度20μm/h)の結晶が再現良く得られるようになった。得られた結晶の転位密度は、多少の面内分布はあるものの、平均して10の5乗前半の値を示しており、市販のGaN基板に比べて約1桁低い値であることがわかった。

预计基于GAN的半导体将应用于白光发光设备和下一代电子设备，以取代荧光灯，但是设备中剩余的许多脱位使设备特性恶化。为了减少错位，有必要在低均稳态GAN底物上制造设备，并且希望实现大型低固定剂GAN单晶。我通过使用Na通量方法将LPE生长技术应用于GAN单晶生长，成功地获得了底物大小的单晶，并确认所获得的晶体的脱位密度比基碱基低几个数量级。为了将NA通量方法纳入实际使用，必须建立2英寸尺寸的GAN基板生长技术，但是问题仍然存在，例如（1）非底层的多晶增长，可降低LPE的增长速度，（（2）严重的脱位密度分布，（（2）较差的可重复可重复性。关于（1），我们研究了温度和压力之间的关系，以及在基板和LPE生长之外发生多晶生长的条件。结果，发现生长温度越高，LPE生长速率越高，同时抑制底物其他部分的多晶生长。还发现，将少量碳添加到Na中可以极大地抑制底物之外的多晶生长。关于（2），我们试图使溶液顶部和底部之间的温度差异，并导致热对流导致溶液搅拌。结果，晶体的表面平坦度得到了显着提高，生长速率也成功。关于（3），我们认为可以通过彻底防止杂质进入，并改善炉子的结构来进行改进。新繁殖反应堆的发展已大大提高了可重复性。如上所述，问题（1）至（3）几乎已经解决，并且厚度约为2 mm（生长速率20μm/h）的晶体可以复制和再现。尽管有一些平面内分布，但所获得的晶体的脱位密度在上半场显示为第五功率的平均值，表明值比市售的GAN基板低约一个数量级。