Si基板上A1Nテンプレートを用いたHVPE法による厚膜GaNバルク結晶の作製

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前年度までに、Si基板を用いてGaN厚膜単結晶の成長を試み、200nm程度のAlN中間層を介してHVPEによりGaN結晶成長を行うと、Si基板のメルトバックエッチングを抑制することが可能であることを見出した。その結果100μm以上の厚膜GaNを得ることに成功している。しかしながら長時間成長においては基板界面からGaNへ向かい変質層が確認された。変質層には20%を超えるSiが含まれ、依然として耐性が完全ではなく、ゆっくりではあるがメルトバックエッチングが起きていることが分かった。昨年度は、AlNテンプレートの成長条件の検討しメルトバックエッチングの抑制を図った。今年度この結果を用い、HVPE成長条件及び選択成長改善により更なるメルトバックエッチングの抑制を試みた。成長用基板にはSi(111)を用い、MOVPE法により150nmのAlN上に200nmのGaN薄膜を成長させた。この基板上へSiO_2をマスクとした3/3μmのドットパターンを形成した。この基板をテンプレートとして、HVPE-GaNを成長した。まず、HVPE成長温度を1000〜1100℃と変化させ成長を行った。1100℃の場合、マスクの有無に関わらず全面がメルトバックエッチングをおこしていた。成長温度を1025〜1075℃程度の領域では、マスク無ではメルトバックを起こしていたが、マスクが有る場合メルトバックはほとんど起きなかった。1000℃の場合、どちらの場合もメルトバックエッチングは起こらなかった。これらの結果から、メルトバックの反応は温度に対して非常に敏感であり1000℃付近で急激に抑制できること、選択成長がメルトバック抑制に効果的であることが確認された。以上の実験を踏まえて、厚膜の作製を試みた。選択成長用マスクを施した基板を成長用基板し、1000℃にて5時間行った。得られた結晶は400μm程度の膜厚があり、基板として利用可能な膜厚を満たしていた。そこで、フッ硝酸にてSiをエッチングすることでGaN自立基板を得ることに成功した。XRDにより(0004)のロッキングカーブを測定した結果、半値幅は390arcsecであり、同時に成長したサファイア基板の240arcsecと比較してもそれほど変わらずC軸配向性は良好であった。本研究ではSi基板のAlN結晶品質、HVPEの成長長条件の改善により初めてSi基板を持ちいてGaN自立基板を作製することを可能とした。