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

基本信息

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

项目摘要

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。

AlN 层生长在 SiC 衬底上，倾斜角为 0.08° 和 0.25°。当在AlN(0002)对称面上进行摇摆曲线测量时，两种情况下都观察到横向卫星峰，但发现峰间距不同。该峰值间隔反映了AlN的周期性应变，当确定该周期时，发现它反映了失配位错的间隔。由此可见，通过改变衬底的台阶间隔，可以生长不同失配位错密度的AlN层。当确定生长的AlN层的应变时，发现具有0.25°偏角的AlN层的应变比具有0.08°偏角的AlN层的应变更松弛。我们还构建了一个模型，根据 SiC 衬底的阶梯密度来预测 AlN 中的应变量，发现它与这次获得的结果非常吻合。到目前为止，据报道，在台阶高度控制的SiC衬底上可以（伪）相干生长的膜厚度（临界膜厚度）约为700 nm，但如果AlN层具有更松弛的应变，它将达到临界膜厚。因此，我们在 SiC 衬底上生长了 1 um 厚的 AlN 层，其偏角（0.32 度）比以前更大。在AlN(0002)对称面上进行摇摆曲线测量时，观察到横向卫星峰，峰间距反映了失配位错的间距。当在非对称表面上进行倒易空间映射测量时，AlN 峰的 qx 坐标与 SiC 衬底峰的 qx 坐标相匹配，实现了相干生长。从一般模型推导出的SiC衬底上的AlN层的临界厚度约为几十纳米，1微米是一个非常大的厚度。我们推导出了一个临界膜厚度模型，该模型还考虑了由于台阶边缘处引入的失配位错引起的应变松弛，并阐明了可以定性解释这种大的临界膜厚度。