PLD法による高品質InGaN及びInAINの低温エピタキシャル成長

采用PLD方法低温外延生长高质量InGaN和InAIN

基本信息

批准号：
05F05147
负责人：
藤岡洋
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、これまで成長が困難とされてきたInGaNやInAlNなどのIII族窒化物の高品質結晶を低温PLD(パルスレーザー堆積)法を用いて各種基板上に実現し、赤外から深紫外域までの光学素子の実現を狙うものである。III族窒化物の結晶品質は他の半導体に比べると品質的に低いという本質的な問題があった。この問題はInGaNやInAlNといった混晶が熱力学的に不安定で良質な結晶がえられないという点に起因している。本提案では(1)結晶成長をできるだけ平衡からずれた条件で行う(2)格子整合した基板を使うといった手法を用いてこの問題を解決し、格子不整合の小さい基板上にInGaNやAlGaNの高品質結晶の成長を試みる。本研究では、先ず、従来一般的に使われてきたサファイア基板に比べて小さな格子不整を与えるマグネシウムアルミニウムスピネル(MgAl_2O_4)基板上に、PLD法を用いて低温成長を試みた。Mgの蒸発を防ぐために2枚のスピネルウェハーの表面を重ね合わせて加熱表面処理を施したところ、原子レベルで平坦な原子ステップを持つ基板表面が実現できた。この原子レベルで平坦な基板上に非平衡な成長条件を実現できるPLD法を用いてGaN結晶を成長したところ、通常の結晶成長温度では表面モフォロジーの悪い結晶しか成長できなかったが、結晶成長温度を低減していくことによって原子レベルで平坦な表面を持っ高品質なGaNが実現した。また、我々の手法を用いれば、さらに成長温度を下げて室温でもGaNのエピタキシャル成長が可能であることを見出した。さらに、高い熱伝導性や反射率といった優れた特性を持つW基板上に本研究で開発した技術を用いてIII族窒化物の結晶成長を行ったところ極めて品質の高い結晶を得ることに成功した。

这项研究的目的是实现INDrides组的高质量晶体，例如Ingan和Inaln，直到现在，它们被认为很难长大，使用低温PLD（脉冲激光沉积）方法对各种底物进行，并实现从红外线到深层紫外线的光学元素。 III组氮化物的晶体质量与其他半导体相比，它们的质量低。这个问题是由于以下事实引起的：诸如Ingan和Inaln之类的混合晶体在热力学上是不稳定的，无法获得高质量的晶体。该建议通过使用（1）在条件下执行晶体生长等技术来解决此问题，以使其与平衡偏离平衡，以及（2）使用晶格匹配的底物，并试图在具有小晶状体不匹配的底物上生长高质量的Ingan和Algan晶体。在这项研究中，我们首先尝试使用PLD方法在镁氧化铝尖晶石（MGAL_2O_4）底物上生长低温，与过去通常使用的Sapphire底物相比，该基材产生小晶格不规则性。为了防止MG蒸发，将两个尖晶石晶圆的表面叠加并进行加热表面处理，从而导致底物表面在原子水平上具有平坦的原子步骤。当使用PLD方法在原子水平的该平坦基材上生长GAN晶体时，可以实现非平衡生长条件，只有表面形态较差的晶体才能在正常晶体生长温度下生长，但通过降低晶体生长温度，但在原子疗法水平上具有高质量的GAN。此外，使用我们的方法，我们发现即使在室温下降低生长温度，也可以在室温下实现外延生长。此外，使用该研究中开发的有关W底物具有出色特性（例如高导热率和反射率）的技术，进行了III组氮化物的晶体生长，并能够获得极高的晶体。