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GaAs等半导体衬底上外延生长的III-V族化合物半导体薄膜，将其转移到廉价的衬底上，并重新使用剥离的半导体衬底可以显着降低化合物半导体器件的成本，我们可以期待向柔性电子器件的发展。我们之前已经使用二维层状化合物GaSe/In2Se3作为中间层在Si衬底上外延生长GaAs层，并利用二维层状化合物的解理性来瞬间减薄GaAs层。一种剥离层的技术。问题在于层状化合物上的GaAs层位错密度较高，需要降低位错密度。因此，在本研究中，我们的目标是降低层状化合物上GaAs层的位错密度，并阐明层状化合物的阶梯密度分布和面取向对GaAs生长成核过程和位错形成的影响。今年，我们使用两种不同台阶边缘结构的微倾斜GaAs(001)衬底，研究了衬底台阶边缘和In2Se3层的原子种类对GaSe外延取向的影响，并研究了我们考虑了 In2Se3 层在 GaSe 阶梯流生长中的作用。结果发现，在稍微倾斜的GaAs(001)衬底上，当衬底在[-110]方向上被偏切时，GaSe的外延取向强烈地沿一个方向排列。这表明In2Se3选择性地键合在B台阶边缘处，该台阶边缘成为As原子，并决定了GaSe的后续晶体取向。为了在层状化合物上外延生长GaAs，重要的是使GaSe的台阶边缘沿一个方向排列并从台阶边缘形成GaAs晶核，这是获得的GaSe的台阶控制的重要结果。