サファイア基板上へのレーザアシスト超高品質AlNエピタキシャル成長

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本萌芽研究は、トリメチルアルミニウムと純窒素を原料に用いた、MOVPE法による高品質AlN単結晶薄膜の成長を目的として行った。従来、MOVPE法によるAlN薄膜の成長時の基板温度は、せいぜい1,300℃程度までである。しかし、本申請者は独自の凹凸加工を施したAlNでの表面泳動の実験より、高品質エピタキシャルAlN薄膜成長には、1,800℃以上の高温で製膜することが必要であることを見出した。従来のMOVPE法で1,300℃程度で成長が行われていたのは、窒素原料として反応性の高いアンモニアが用いられていたからであり、本来のエピタキシャル成長温度よりずっと低いことから高品質結晶を得るには至っていない。また研究開始当初は、1,800℃という高温で製膜可能なMOVPE装置部品、特に基板を加熱する為のサセプタがなかった。そこで、炭酸ガスレーザを援用し、基板表面だけ加熱する事により高品質AlNの製膜に必要な1,800℃の確保を試みた。しかしながら、使用した炭酸ガスレーザでは、パワーが少ないことから、表面の温度を上げるには至らなかった。そのため、研究計画を根本から再検討し、1,800℃で使用可能なMOVPE装置部品、特に基盤加熱に用いるサセプタ材料を探索した。いくつかの材料のうち、CVD法で製膜したカーボンをコーティングしたグラファイトが安定性・寿命および制御性にすぐれていることが分かった。現在、そのCVDカーボンコーティンググラファイトを使用してAlNの製膜実験を遂行中である。