スパッタリング窒化物半導体薄膜の作製とX線回折を用いた特性評価

溅射氮化物半导体薄膜的制备及X射线衍射性能评估

• 批准号: 11750081
• 负责人: 日下 一也
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750081/
• 关键词: 窒化物半導体; 窒化アルミニウム; 窒化ガリウム; アパッタリング; X線回折; c軸配向; 残留応力; ガラス基板; スパッタリング; 薄膜

本研究は,窒化物半導体である窒化アルミニウムおよび近年,青色・紫外発光デバイス材料として注目を浴びている窒化ガリウム膜を廉価なガラス基板上にエピタキシャル成長させる作製法の開発と,ナノスケールオーダーの評価法の確率を目的とする.これらの膜は,一般的に化学的気相蒸着法を用いて高価な単結晶シリコンやサファイア基板上に作製される.本研究は,物理的気相蒸着法の一つであり,低温での成膜が可能である高周波マグネトロンスパッタリング法を用いて,ホウ珪酸ガラスおよび石英ガラス基板上に窒化物半導体膜を成長させた.本研究の対象となる窒化物半導体膜は稠密六方構造を有する結晶であり,本研究で得られた膜はすべて基板面法線方向に結晶のc軸が優先配向した構造を有していた.窒化アルミニウムの作製には,雰囲気ガスとしてアルゴン・窒素混合ガスを用いた.変化させたスパッタリング条件は,窒素分圧および基板とターゲットの距離である.窒素分圧が50%以上でc軸配向性の良い窒化アルミニウムが得られるが,窒素分圧の増加とともに圧縮残留応力が増加することが分かった.そして,窒素分圧が100%のとき,すなわち,発生する圧縮残留応力が最大になるとき,膜にクラックが発生した.窒化ガリウムの作製には,雰囲気ガスとして高純度窒素ガスを用いた.変化させたスパッタリング条件は,窒素ガス圧,基板温度,堆積時間および供給電力である.堆積時間および供給電力に対するc軸配向性の変化はほとんどみられなかったが,長い堆積時間および高い供給電力で作製した膜は,-1GPaを越える圧縮応力が発生した.また,低窒素ガス圧および高基板温度で作製するとc軸配向性の良い窒化ガリウム膜が得られることが分かった.しかし,低窒素ガス圧で-1GPaを越える大きな圧縮残留応力が,高基板温度では,膜にクラックが発生するほどの大きな引張残留応力が発生した.

は, smothering compound semiconductor で あ る smothering the ア ル ミ ニ ウ ム お よ び in recent years, blue light, ultraviolet 発 デ バ イ ス material と し て attention を bath び て い る smothering the ガ リ ウ ム membrane を inexpensive 価 な ガ ラ ス substrate に エ ピ タ キ シ ャ ル growth さ せ る method for open の 発 と, ナ ノ ス ケ ー ル オ ー ダ ー の 価 の evaluation method of probabilistic を purpose と す る. こ れ ら は の film , general に chemical 気 phase を steamed method using い て high 価 な 単 crystallization シ リ コ ン や サ フ ァ イ ア substrate に cropping さ れ る. は, this study physical 気 phase steamed method の a つ で あ り, low-temperature で の film-forming が may で あ る high frequency マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ タ リ ン を グ method with い て, ホ ウ stating acid ガ ラ ス お よ び quartz ガ ラ ス substrate に smothering compound semiconductor film を growth さ せ た. This study の like と seaborne な る smothering compound semiconductor film は dense six-party a す を construction る crystallization で あ り, this study で have ら れ た membrane は す べ て base board face normal direction crystallization に の c axis が priority to し た a し を construction て い た. Smothering the ア ル ミ ニ ウ ム の cropping に は, 雰 囲 気 ガ ス と し て ア ル ゴ ン, smothering element mixed ガ ス を with い た. Change the させたスパッタリ とタ グ グ condition <e:1>, and the distance of the diaphragm divider および substrate とタ させたスパッタリ ゲット ゲット <s:1> である である である. Smothering element points 圧 が 50% above で c axis with good sex の い smothering the ア ル ミ ニ ウ ム が have ら れ る が, smothering element points 圧 の raised plus と と も に 圧 shrinkage residual 応 が raised す / る こ と が points か っ た. そ し て, smothering element points 圧 が 100% の と き, す な わ ち, born 発 す る 圧 shrinkage residual force 応 が biggest に な る と き, membrane に ク ラ ッ ク が 発 raw し た. Nitriding ガリウム is used to prepare に に, and the air 囲 gas ガスと て て is used for high-purity nitrile ガスを with た た. Change させたスパッタリ グ グ conditions させたスパッタリ, nitrogen ガス pressure, substrate temperature, stacking time および supply power である. Accumulation time お よ び supply electricity に す seaborne る c axis with tropism の variations change は ほ と ん ど み ら れ な か っ た が, long い accumulation time お よ び high い supply system of power で し は た membrane, 1 gpa を more え る 圧 shrinkage force 応 が 発 raw し た. ま た, low smothering element ガ ス 圧 お よ び kogi system of plate temperature で す る と c axis with tropism の good い smothering the ガ リ ウ ム membrane が ら れ る こ と が points か っ た. し か し, low smothering element ガ ス 圧 で - 1 gpa を more え る big き な 圧 shrinkage residual 応 が, kogi plate temperature で は, membrane に ク ラ ッ ク が 発 raw す る ほ ど の big き な extension and residual force 応 が 発 raw し た.

项目成果

K.Kusaka,: "Effect of input power on crystal orientation and residual stress in AlN film deposited by dc sputtering"Vacuum. 59. 806-813 (2000)

K.Kusaka，：“输入功率对直流溅射沉积的 AlN 薄膜中晶体取向和残余应力的影响”真空。