金属バッファ層上でのGaN半導体の結晶成長-遷移金属窒化物に着目して-

金属缓冲层上 GaN 半导体的晶体生长 - 关注过渡金属氮化物 -

基本信息

批准号：
17760568
负责人：
伊藤和博
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto University
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

项目摘要

現状の汎用青色LEDは、サファイア基板上に成膜したGaN系半導体で作製されている。サファイア基板上に連続かつ平坦なGaNをヘテロエピタキシャル成長させるには、AINバッファ層の開発が欠かせなかった。しかし、サファイアとAINは絶縁体であるため、複雑な横型LED構造を取らざるを得ない。より高輝度なLEDを作製するには、簡単な縦型LED構造にすることがひとつの方策である。縦型LED構造には、導電性の基板とバッファ層が必要であり、本研究では、その第一歩として導電性バッファ層の開発を試みた。昨年度は、導電性バッファ層として遷移金属窒化物に着目し、その中でもTiN膜上ではGaN膜が連続、平坦に成長することを報告した。連続で平坦なGaN膜の成膜には、TiNバッファ層成膜条件として、1)2軸配向性((111)面配向+面内配向)、2)窒素濃度を化学量論組成より増加させること、3)結晶粒を微細化させることが重要であることを報告した。本年度は、高品質なGaN膜成膜に及ぼす基板温度の低減とTiN膜厚の低減の影響を調べた。その結果、基板温度の低減とTiN膜厚の低減は、 TiN結晶粒の微細化に有効であり、微細化によりGaN膜の平坦性が向上することを見出した。基板温度が室温でTiN膜厚が5nmのときに最も平坦なGaN膜が得られた。その表面平坦性は約10nm以下であった。この条件で、TiN膜の結晶粒は最も微細とあった。このTiNバッファ層上では、GaN初期成長時のGaN島密度が最大となり、その後の平坦なGaN層状成長へと移行した。つまり、TiN膜の粒界が核生成サイトとなり、平坦なGaN膜成膜にはGaN核生成頻度の増加が必須であることを実証した。TiN膜厚を5nmより薄くすると、 TiN結晶粒は5nm厚のときより微細化せず、GaN島の成長は横方向より縦方向が優先的となり、GaN膜表面には多数の溝と穴が形成した。5nm厚より薄いTiN膜では、バッファ層としての効果が低減されてきたのも高品質なGaN膜が得られない一因と考えられる。

当前的普通蓝色LED是用蓝宝石底物制成的GAN半导体制成的。 AIN缓冲层的开发对于蓝宝石底物上的连续和平坦gan的杂齿pitache是必不可少的。但是，蓝宝石和AIN是绝缘子，因此他们必须采用复杂的水平LED结构。为了创建更高的亮度LED，一种方法是制作一个简单的垂直LED结构。垂直LED结构需要一个导电底物和一个缓冲层。去年，他专注于过渡金属作为导电缓冲层，并报告说gan膜在锡膜上连续而平坦。在连续且平坦的胶片膜中，作为锡缓冲层的形成条件，1）2轴方向（（（111）表面取向），2）增加了化学成分的氮浓度。微型化晶粒。今年，我们研究了降低底物温度并减少锡膜厚度对高质量GAN膜的影响。结果，底物温度的降低和锡膜厚度的还原可有效地使锡晶晶粒微型化，并改善了gan膜的平坦度。当板温度为室温并且锡膜厚度为5 nm时，获得了扁平胶膜。表面平坦度约为10 nm或更小。在这些条件下，锡膜的晶粒最罚款。在此锡缓冲层上，GAN初始生长时的GAN岛密度为最大，然后转移到平坦的GAN层生长。换句话说，锡膜颗粒已成为核生产地点，并且已要求扁平的胶片膜要求GAN核农产品的频率至关重要。如果锡膜的厚度从5 nm减小，则锡晶颗粒不会比5nm厚度更细，gan岛的生长将比水平方向垂直方向，而gan膜表面具有许多凹槽和凹槽和孔。在比5nm厚的锡膜中，缓冲层的效果已降低，这被认为是无法获得高质量GAN膜的原因之一。