窒化アルミニウムガリウム超格子のコヒーレント成長機構解明とデバイス応用基礎

氮化铝镓超晶格共格生长机理阐明及器件应用基础

• 批准号: 14J07117
• 负责人: 金子 光顕
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07117/
• 关键词: 窒化物半導体; 結晶成長; 分子線エピタキシ法; X線回折; ミスフィット転位; コヒーレント成長; 炭化珪素; 格子緩和; 拡張欠陥; 散漫散乱; 短周期超格子; ラマン散乱; 透過型電子顕微鏡

オフ角が0.08°および0.25°のSiC基板上にAlN層を成長した。AlN(0002)対称面についてロッキングカーブ測定を行うと、どちらも横方向サテライトピークが観測されたが、ピーク間隔が異なることがわかった。このピーク間隔は、AlNの周期的な歪みを反映しており、その周期を求めると、ミスフィット転位の間隔を反映していることがわかった。このことから、基板のステップ間隔を変化させることにより、ミスフィット転位密度が異なるAlN層が成長できたと言える。成長したAlN層の歪みを求めると、オフ角が0.25°のAlN層は0.08°のAlN層より歪みがより緩和されていることがわかった。また、SiC基板のステップ密度からAlN中の歪み量を予測するモデルを構築し、今回得られた結果とよく整合することがわかった。これまで、ステップ高さ制御SiC基板上に（擬似的）コヒーレント成長可能な膜厚（臨界膜厚）は700 nm程度であると報告されているが、より歪みが緩和したAlN層であれば臨界膜厚はより大きいものになると予想される。そこで、これまでより大きなオフ角（0.32度）を有するSiC基板上に1 um厚のAlN層を成長した。AlN(0002)対称面のロッキングカーブ測定を行うと、横方向サテライトピークが観測され、そのピーク間隔はミスフィット転位の間隔を反映していた。非対称面の逆格子空間マッピング測定を行うと、AlNによるピークのqx座標がSiC基板によるピークのqx座標と一致しており、コヒーレント成長が実現できた。一般的なモデルにより導出されるSiC基板上AlN層の臨界膜厚は数十nm程度であり、1 umは非常に大きな膜厚である。ステップ端に導入されるミスフィット転位による歪みの緩和も考慮した臨界膜厚モデルを導出し、定性的にはこの大きな臨界膜厚を説明できることを明らかにした。

将ALN层生长在SIC底物上，其非角度为0.08°和0.25°。当在ALN（0002）对称平面上进行摇动曲线测量时，在两个方向上都观察到侧卫星峰，但峰间隔不同。该峰值间隔反映了ALN的周期性变形，并且在确定周期时，发现不合适的间隔的间隔反映了。可以说，通过改变底物的阶跃间隔，ALN层具有不同的不合适脱位密度。当确定生长的Aln层的应变时，发现其偏角为0.25°的ALN层的变形比ALN层的变形更轻松，其偏角为0.08°。此外，构建了一个模型，以预测SIC底物的台阶密度中ALN的应变量，并发现它与这次获得的结果非常吻合。到目前为止，据报道，可以在八度控制的SIC底物上连贯生长的膜厚度（临界膜厚度）约为700 nm，但是如果Aln层具有更轻松的菌株，则可以预期，关键膜厚度会更大。因此，将1 UM厚的ALN层生长在SIC基板上，其非角度较大（0.32度）。当执行ALN（0002）对称平面的锁定曲线测量值时，观察到侧卫星峰，并且峰间隔反映了不合适错位的间隔。当进行不对称平面的相互晶格空间映射测量测量时，由于Aln引起的峰的Qx坐标与SIC底物引起的峰的Qx坐标相一致，从而导致相干生长。从通用模型得出的SIC底物上ALN层的临界厚度约为几十nm，其中1个UM是非常大的膜厚度。考虑到在阶梯边缘引入的不合适错位引起的压力的放松，并揭示了可以定性地解释了这种大型临界膜厚度。

项目成果

PAMBE法によるAlN/GaN多層構造における極薄GaN層の成長制御性に関する検討

PAMBE法研究AlN/GaN多层结构中超薄GaN层的生长可控性

• 发表时间: 2014
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

PAMBE法によるAlNテンプレート層上極薄GaN層の成長

PAMBE法在AlN模板层上生长超薄GaN层

• 发表时间: 2015
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

ステップ高さ制御SiC基板上AlN層の高分解能X線回折評価における界面局在ミスフィット転位に起因する横方向サテライトピーク

阶梯高度控制的 SiC 衬底上的 AlN 层的高分辨率 X 射线衍射评估中由于界面局部失配位错而产生的横向卫星峰

• 发表时间: 2016
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

Phonon frequencies of a highly strained AlN layer coherently grown on 6H-SiC (0001)

6H-SiC 上相干生长的高应变 AlN 层的声子频率 (0001)

• DOI: 10.1063/1.4974500
• 发表时间: 2017
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Mitsuaki Kaneko;Tsunenobu Kimoto;Jun Suda
• 通讯作者: Jun Suda

SiC(0001)基板上に成長した大きな圧縮歪みを内包するAlN薄膜の光学特性および格子振動数評価

SiC(0001)衬底上大压应变AlN薄膜的光学性能和晶格频率评估

• 发表时间: 2014
• 作者: 金子光顕;奥村宏典;石井良太;船戸充;川上養一;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳