金属バッファ層上層状窒化ホウ素を用いたGaN系デバイス構造成長とその機械的転写

本研究の目的は、六方晶窒化ホウ素(h-BN)上の機械的転写可能なGaNデバイス構造中の転位密度を低減させるため、h-BNと格子不整合が小さいCu(111)バッファ層またはNi(111)バッファ層をサファイア基板上に成長し、その格子不整合が小さい金属バッファ層上に高品質なh-BNを分子線エピタキシー(MBE)成長し、そのh-BN層上に高品質なGaN系デバイス構造を成長することである。今年度、真空蒸着により基板温度350℃でサファイア(0001)基板上にCu薄膜を成長した。そのサファイア基板上Cu薄膜のX線回折測定から、Cu(111)の回折ピークのみが観測され、サファイア(0001)基板上にCu(111)薄膜が成長したことがわかった。またX線回折のΦスキャンから、そのCu(111)薄膜は双晶を有していることが明らかになった。そのサファイア基板上Cu薄膜を、MBE中でアニールを行い、原子間力顕微鏡(AFM)による評価から基板温度1000℃でアニールを行ったCu(111)薄膜の表面平坦性は劣化するが、基板温度900℃でアニールすることによりCu(111)薄膜の平坦性が向上するとともに、(111)配向性も向上することがわかったが、Cu(111)薄膜中の双晶構造は、MBE中でのアニールでは除去できず、双晶がアニール後も存在することがわかった。その後基板温度800℃、850℃、900℃でBN薄膜をMBE成長した。基板温度900℃で成長したBNの平坦性は劣化したが、基板温度850℃と800℃で成長したBN薄膜の平坦性は、AFMによる評価からCu(111)薄膜の平坦性と同程度であった。これは、基板温度を制御することにより、サファイア(0001)基板上Cu(111)薄膜上に平坦なBNが成長することを示している。

本研究の目的は、六方晶窒化ホウ素(h-BN)上の機械的転写可能なGaNデバイス構造中の転位密度を低減させるため、h-BNと格子不整合が小さいCu(111)バッファ層またはNi(111)バッファ層をサファイア基板上に成長し、その格子不整合が小さい金属バッファ層上に高品質なh-BNを分子線エピタキシー(MBE)成長し、そのh-BN層上に高品質なGaN系デバイス構造を成長することである。今年度、真空蒸着により基板温度350℃でサファイア(0001)基板上にCu薄膜を成長した。そのサファイア基板上Cu薄膜のX線回折測定から、Cu(111)の回折ピークのみが観測され、サファイア(0001)基板上にCu(111)薄膜が成長したことがわかった。またX線回折のΦスキャンから、そのCu(111)薄膜は双晶を有していることが明らかになった。そのサファイア基板上Cu薄膜を、MBE中でアニールを行い、原子間力顕微鏡(AFM)による評価から基板温度1000℃でアニールを行ったCu(111)薄膜の表面平坦性は劣化するが、基板温度900℃でアニールすることによりCu(111)薄膜の平坦性が向上するとともに、(111)配向性も向上することがわかったが、Cu(111)薄膜中の双晶構造は、MBE中でのアニールでは除去できず、双晶がアニール後も存在することがわかった。その後基板温度800℃、850℃、900℃でBN薄膜をMBE成長した。基板温度900℃で成長したBNの平坦性は劣化したが、基板温度850℃と800℃で成長したBN薄膜の平坦性は、AFMによる評価からCu(111)薄膜の平坦性と同程度であった。これは、基板温度を制御することにより、サファイア(0001)基板上Cu(111)薄膜上に平坦なBNが成長することを示している。