瞬間剥離可能なGaAsエピ層の転位密度低減に向けた層状化合物中間層のステップ制御

层状化合物中间层阶跃控制降低易剥离GaAs外延层位错密度

• 批准号: 22K04957
• 负责人: 小島 信晃
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Toyota Technological Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04957/
• 关键词: 化合物半導体; 層状化合物; エピタキシャル成長; 結晶成長; 分子線エピタキシー; エピタキシャルリフトオフ; X線回折; 結晶欠陥; 薄層剥離

GaAsなどの半導体基板上にエピタキシャル成長したIII-V族化合物半導体薄膜を剥離し、安価な基板に転写して、剥離後の半導体基板を再利用することは、化合物半導体デバイスの大幅な低コスト化やフレキシブル・エレクトロニクスへの展開が期待できる。我々はこれまでに、二次元層状化合物であるGaSe/In2Se3を中間層に用いてSi基板上にGaAs層をエピタキシャル成長し、二次元層状化合物の劈開性を利用して、GaAs層を瞬間的に薄層剥離する技術を開発してきた。課題は、層状化合物上GaAs層の転位密度が高く、その低減が必要なことである。そこで本研究では、層状化合物上GaAs層の転位密度低減を目指し、層状化合物のステップ密度分布および面方位が、GaAs成長核形成過程、および転位形成に与える影響を明らかにすることを目的にする。本年度は、ステップ端構造の異なる2種類のGaAs(001)微傾斜基板を用い、基板のステップ端の原子種とIn2Se3層がGaSeのエピタキシャル方位に与える影響から、GaSeのステップフロー成長におけるIn2Se3層の役割を検討した。その結果、GaAs(001)微傾斜基板上では、[-110]方向にオフカットした基板の場合に、GaSeのエピタキシャル方位は一方向に強く揃うことが分かった。これは、ステップ端がAs原子となるBステップ端でIn2Se3が選択的に結合して、その後のGaSeの結晶方位を決定していることを示すものである。層状化合物上にGaAsをエピタキシャル成長させるためには、GaSeのステップ端を一方向に揃えて、そのステップ端からのGaAs結晶核形成が重要であることから、GaSeのステップ制御に向けた重要な成果が得られた。

剥离在半导体基板（例如GAA）上脱皮的IIII-V化合物半导体薄膜，将其传递到廉价的底物上，并在拆卸后重复使用半导体基板，以明显地降低复合分子设备的成本并发展到柔性电子中。我们以前已经开发了一项技术，其中GASE/IN2SE3是一种二维层状化合物，外世使用中间层在Si底物上生长GAAS层，并使用二维分层化合物的切割特性，以立即分离GAAS层。问题在于，层状化合物上GAAS层的脱位密度很高，因此有必要减少它。因此，这项研究旨在减少分层化合物上GAAS层的脱位密度，并阐明阶梯密度分布和层化合物对GAAS生长成核过程和脱位形成的影响。在今年，我们使用了具有不同步进边缘结构的两种类型的GAA（001）细粒基板，并基于原子物种在基板的步进边缘的影响，而In2Se3层对GASE的外延方向的影响，我们研究了GASE的In2Se3层在GASE的IN2SE3层中的作用。结果，发现在GAAS（001）上略微倾斜的底物上，当底物沿[-110]方向切除时，GASE的外在取向在一个方向上非常紧密。这表明在B步端的B步端选择性键合的IN2SE3在该端端变为原子，并确定了GASE的后续晶体方向。为了在分层化合物上表现出现GAA，GASE的台阶边缘朝一个方向排列，而从阶梯边缘进行GAAS晶体成核很重要，这为GASE的步骤控制带来了重要的结果。