その場重量測定による窒化アルミニウム基板表面反応メカニズムの解明

通过原位重量测量阐明氮化铝基材表面的反应机理

• 批准号: 17760007
• 负责人: 熊谷 義直
• 金额: $ 2.18万
• 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 Young Scientists (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760007/
• 关键词: AlN; HVPE; 基板; 面極性; 分解メカニズム; 分解

アルミニウム(Al)原料に金属Alと塩化水素(HCl)ガスとの反応で選択的に発生させた三塩化アルミニウム(AlCl_3)ガス、窒素(N)原料にアンモニア(NH_3)ガスを用い、この両者の反応により窒化アルミニウム(AlN)単結晶を成長するハイドライド気相エピタキシー(Hydride Vapor Phase Epitaxy : HVPE)法によるAlNの高速成長技術を確立した。初期基板としてシリコン(Si)の(111)面を用い、この初期基板上にAlNの単結晶厚膜を成長後にSi初期基板をエッチャントで溶解除去して(0001)面を有するAlN自立基板作製を再現性良く実現した。AlNはc軸方向に結晶構造的に非対称であり、互いに表裏の関係にあるAl極性面とN極性面が存在するが、最適条件で成長されたAlN自立基板の表・裏面はそれぞれAl極性面、N極性面となっていることを確認した。AlN自立基板の転位密度は3×10^9cm^<-2>と比較的低く、室温フォトルミネッセンス測定において209.4nmにバンド端発光を示した。次に、AlN成長においてAl極性面が安定面となることを初年度に構築したその場重量測定システムにより検討した。AlNの成長条件としては1300℃以上が好適であったが、このような高温下では、AlNが原料ガスのキャリアとして用いる水素(H_2)ガスと反応し、水素化アルミニウム(AlH_x)とNH_3に分解すること、また、N極性面の分解速度がAl極性面の分解速度にくらべ大きいことが明らかとなった。以上の事実から、極性を有さないSi(111)面上では、AlN成長初期過程でAl極性面、N極性面の両者が出現する可能性があるものの、分解速度の大きいN極性面は成長の駆動力が大きくならず、Al極性面のみが選択的に成長することが明らかとなった。

使用金属Al与氯化氢(HCl)气体反应选择性产生的三氯化铝(AlCl_3)气体作为铝(Al)原料，使用氨(NH_3)气体作为氮气(N)原料。建立了使用氢化物​​气相外延（HVPE）方法的高速AlN生长技术，该技术通过反应生长氮化铝（AlN）单晶。以硅（Si）的（111）面为初始衬底，在该初始衬底上生长AlN单晶厚膜后，用刻蚀剂溶解并去除初始Si衬底，形成自支撑的AlN衬底。 (0001) 平面的实现具有良好的再现性。 AlN在c轴方向上具有不对称晶体结构，并且具有彼此相反的Al极性面和N极性面，然而，在最佳条件下生长的AlN自支撑衬底的正面和背面是。分别为Al极性面，确认表面为N极性。 AlN自支撑衬底的位错密度较低，为3×10^9cm^-2，并且在室温光致发光测量中显示出209.4nm的带边发射。接下来，我们利用第一年建立的原位重力测量系统研究了Al极面是否是AlN生长的稳定面。 AlN的适宜生长条件为1300℃或更高，但在如此高的温度下，AlN与作为原料气体载体的氢气(H_2)反应并分解成氢化铝(AlH_x)和NH_3。结果表明，N极面的分解速率高于Al极面。由上可知，在非极性Si(111)表面上，AlN生长初期可能同时出现Al极性面和N极性面，但生长的是分解速率较高的N极性面。很明显，Al极面的驱动力并不大，只有Al极面选择性生长。

项目成果

Fe-doped semi-insulating GaN substrates prepared by hydride vapor-phase epitaxy using GaAs starting substrates

使用 GaAs 起始衬底通过氢化物气相外延制备 Fe 掺杂半绝缘 GaN 衬底

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Crystal Growth Vol. 296
• 作者: Y.Kumagai;F.Satoh;R.Togashi;H.Murakami;K.Takemoto;J.Iihara;K.Yamaguchi;A.Koukitu
• 通讯作者: A.Koukitu

Fabrication of Semi-Insulating GaN Wafers by Hydride Vapor Phase Epitaxy of Fe-Doped Thick GaN Layers Using GaAs Starting Substrates

使用 GaAs 起始衬底通过氢化物气相外延掺铁厚 GaN 层制造半绝缘 GaN 晶片

• 发表时间: 2005
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44 No.50
• 作者: K.Takemoto;Y.Kumagai;H.Murakami;A.Koukitu
• 通讯作者: A.Koukitu