AlN系圧電薄膜の固溶限拡大に関する研究

昨年度、ScAlN薄膜の下地層として岩塩相YNの＜111＞配向膜が有望であることを第一原理計算によって見出した。しかし、YNの良好な配向膜を得ることが難しく、高濃度にScを含有した薄膜の作製と高い圧電性能の発現には至らなかった。YN薄膜は大気中で変色し、酸化が著しいことがわかった。したがって、反応性スパッタリングで製膜している過程で雰囲気中の微量な酸素が結晶中に取り込まれやすく、＜111＞配向に悪影響を与えている可能性がある。ゆえにYNをScAlN薄膜の下地層として利用する場合は、スパッタ製膜前の真空度を高くする必要があると考えられる。そこで本年度は研究方針を見直し、非常に薄いAlNを下地層として導入したScAlN薄膜においてウルツ鉱構造の配向性向上を試みた。ScAlN薄膜では、ウルツ鉱結晶の配向性が向上することによって高い圧電性能の発現につながると考えられている。一般にSc濃度が高くなるほど配向性は低下する傾向にあるため、この挙動を抑制する方策を検討することは工業的に重要な知見を与える。今回はサファイア基板を使用し、下地層AlNを導入したものとそうでないものの配向性を比較した。その結果、下地層AlNを導入することでウルツ鉱構造のc軸方向だけでなく面内方向にも配向した薄膜を作製することに成功した。さらに、Scを30%以上含有したScAlN薄膜でも高い配向性を確認することができた。このときの配向度は反応性同時スパッタリングの雰囲気圧力に大きく影響を受ける傾向があった。ウルツ鉱結晶の配向性が向上することによって、高い圧電性能の発現につながると期待されるため、AlN系固溶体薄膜において非常に薄いAlN下地層を導入することの有効性を今後は検証していきたい。

昨年度、ScAlN薄膜の下地層として岩塩相YNの＜111＞配向膜が有望であることを第一原理計算によって見出した。しかし、YNの良好な配向膜を得ることが難しく、高濃度にScを含有した薄膜の作製と高い圧電性能の発現には至らなかった。YN薄膜は大気中で変色し、酸化が著しいことがわかった。したがって、反応性スパッタリングで製膜している過程で雰囲気中の微量な酸素が結晶中に取り込まれやすく、＜111＞配向に悪影響を与えている可能性がある。ゆえにYNをScAlN薄膜の下地層として利用する場合は、スパッタ製膜前の真空度を高くする必要があると考えられる。そこで本年度は研究方針を見直し、非常に薄いAlNを下地層として導入したScAlN薄膜においてウルツ鉱構造の配向性向上を試みた。ScAlN薄膜では、ウルツ鉱結晶の配向性が向上することによって高い圧電性能の発現につながると考えられている。一般にSc濃度が高くなるほど配向性は低下する傾向にあるため、この挙動を抑制する方策を検討することは工業的に重要な知見を与える。今回はサファイア基板を使用し、下地層AlNを導入したものとそうでないものの配向性を比較した。その結果、下地層AlNを導入することでウルツ鉱構造のc軸方向だけでなく面内方向にも配向した薄膜を作製することに成功した。さらに、Scを30%以上含有したScAlN薄膜でも高い配向性を確認することができた。このときの配向度は反応性同時スパッタリングの雰囲気圧力に大きく影響を受ける傾向があった。ウルツ鉱結晶の配向性が向上することによって、高い圧電性能の発現につながると期待されるため、AlN系固溶体薄膜において非常に薄いAlN下地層を導入することの有効性を今後は検証していきたい。