Ｓｉ基板上への窒化物半導体の選択ＭＯＶＰＥ成長及びその光デバイス応用に関する研究

硅衬底上氮化物半导体选择性MOVPE生长及其光器件应用研究

• 批准号: 13J05262
• 负责人: 光成 正
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J05262/
• 关键词: 半極性GaN; Si(001); スパッタ; 窒化物半導体; 選択成長; 有機金属気相成長

Si(001)基板上に面内配向性を持った単結晶GaNを得るためにAl初期配向層および指向性スパッタリングを併用する方法を提案した。指向性スパッタリングとは基板を回転せず固定し、特定のSi面内方向、この場合Si[110]方向をスパッタリングターゲット方向に向けてスパッタリング成膜を行う方法である。指向性スパッタリングを用いて成膜したAl初期配向層およびAlN中間層を用いてGaN成長を行ったところ、Si(001)基板上に(10-13)GaNの単結晶成長が可能であることが分かった。X線回折によって、得られた(10-13)GaNの面内c軸方向を調べたところ、指向性スパッタリングを行ったSi[110]方向と平行な方向であることが確かめられた。これらの実験によってGaNのc軸方向が指向性スパッタリングを行うSi[110]方向に対応していることを確かめた。更に得られた(10-13)GaNのMOVPE成長条件最適化を試み、低V/III比及び低圧条件下によって、平坦化した(10-13)GaNがSi(001)基板上に得られることを示した。得られた(10-13)GaNの結晶成長のメカニズムを明らかとするために、断面のTransmission Electron Microscope(TEM)観察を行った。初期のAl結晶核はSi(001)基板の結晶構造と同一のAl(001)配向しており、その後のAlN成長からc軸が傾いて成長していることが分かった。AlN、GaNそれぞれの結晶成長過程においてc軸方向はばらつきがあるものの、GaNを数100 nm成長することで、GaN上部では配向が均一な単結晶GaNとなることが、TEM観察から明らかとなった。

我们提出了一种利用Al初始取向层和定向溅射在Si(001)衬底上获得面内取向的单晶GaN的方法。定向溅射是固定基板而不旋转，以特定的Si面内方向（在本例中为Si[110]方向）朝向溅射靶材进行溅射成膜的方法。当使用Al初始取向层和利用定向溅射沉积的AlN中间层来生长GaN时，发现在Si(001)衬底上生长(10-13)GaN是可能的。当通过X射线衍射检查所获得的(10-13)GaN的面内c轴方向时，确认该方向与进行定向溅射的Si[110]方向平行。通过这些实验，我们确认了GaN的c轴方向对应于进行定向溅射的Si[110]方向。此外，我们尝试优化所获得的（10-13）GaN的MOVPE生长条件，发现在低V/III比和低压条件下可以在Si（001）衬底上获得平坦的（10-13）GaN表明。为了阐明所获得的(10-13)GaN的晶体生长机制，我们对截面进行了透射电子显微镜(TEM)观察。发现初始Al晶核具有Al(001)取向，与Si(001)衬底的晶体结构相同，随后的AlN生长表明它们以c轴倾斜的方式生长。尽管AlN和GaN的晶体生长过程中c轴方向存在变化，但TEM观察表明，通过将GaN生长至数百nm，可以在GaN顶部形成具有均匀取向的单晶GaN。

项目成果

Nano channel epitaxy of GaN on the lateral side of the sputtered AlN filmon (111) Si substrate

(111) Si 衬底上溅射 AlN 薄膜侧面的 GaN 纳米沟道外延

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Mitsunari;Y. Honda;H. Amano;H. Saito;H. Saito;光成 正;H. Saito;光成 正
• 通讯作者: 光成 正

指向性スパッタリングAlN中間層を用いたSi(001)基板上単結晶(10-13)GaN成長

使用定向溅射 AlN 中间层在 Si(001) 衬底上生长单晶 (10-13) GaN

• 发表时间: 2015
• 作者: 光成正;本田善央;天野浩
• 通讯作者: 天野浩

Ti初期配向層導入によるSi基板上スパッタAlNの配向性向上

通过引入 Ti 初始取向层改善 Si 衬底上溅射 AlN 的取向

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Mitsunari;Y. Honda;H. Amano;H. Saito;H. Saito;光成 正
• 通讯作者: 光成 正

Orientation improvement of AlN with thin Ti pre-deposition on the Si (001) substrate

Si (001) 衬底上预沉积薄 Ti 改善 AlN 的取向

• 发表时间: 2014
• 作者: 光成正;本田善央;天野浩
• 通讯作者: 天野浩

Selective-area growth of GaN on the patterned AlN on Si substrate

GaN 在 Si 衬底上图案化 AlN 上的选择性区域生长

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Mitsunari;Y. Honda;H. Amano;H. Saito;H. Saito;光成 正;H. Saito;光成 正;H. Saito;H. Saito;Tadashi Mitsunari;H. Saito;Tadashi Mitsunari
• 通讯作者: Tadashi Mitsunari