PLD法による高品質InGaN及びInAINの低温エピタキシャル成長

采用PLD方法低温外延生长高质量InGaN和InAIN

• 批准号: 05F05147
• 负责人: 藤岡 洋
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05147/
• 关键词: エピタキシャル成長; PLD; スピネル; III族窒化物半導体; 低温成長; 窒化ガリウム; 電磁鋼板; ユニバーサル結晶成長; シリコン

本研究は、これまで成長が困難とされてきたInGaNやInAlNなどのIII族窒化物の高品質結晶を低温PLD(パルスレーザー堆積)法を用いて各種基板上に実現し、赤外から深紫外域までの光学素子の実現を狙うものである。III族窒化物の結晶品質は他の半導体に比べると品質的に低いという本質的な問題があった。この問題はInGaNやInAlNといった混晶が熱力学的に不安定で良質な結晶がえられないという点に起因している。本提案では(1)結晶成長をできるだけ平衡からずれた条件で行う(2)格子整合した基板を使うといった手法を用いてこの問題を解決し、格子不整合の小さい基板上にInGaNやAlGaNの高品質結晶の成長を試みる。本研究では、先ず、従来一般的に使われてきたサファイア基板に比べて小さな格子不整を与えるマグネシウムアルミニウムスピネル(MgAl_2O_4)基板上に、PLD法を用いて低温成長を試みた。Mgの蒸発を防ぐために2枚のスピネルウェハーの表面を重ね合わせて加熱表面処理を施したところ、原子レベルで平坦な原子ステップを持つ基板表面が実現できた。この原子レベルで平坦な基板上に非平衡な成長条件を実現できるPLD法を用いてGaN結晶を成長したところ、通常の結晶成長温度では表面モフォロジーの悪い結晶しか成長できなかったが、結晶成長温度を低減していくことによって原子レベルで平坦な表面を持っ高品質なGaNが実現した。また、我々の手法を用いれば、さらに成長温度を下げて室温でもGaNのエピタキシャル成長が可能であることを見出した。さらに、高い熱伝導性や反射率といった優れた特性を持つW基板上に本研究で開発した技術を用いてIII族窒化物の結晶成長を行ったところ極めて品質の高い結晶を得ることに成功した。

In this study, the growth of high quality crystals of InGaN and InAlN group III compounds was investigated by using PLD(low temperature PLD) deposition method to realize the formation of optical elements on various substrates in the deep ultraviolet region. The crystal quality of Group III compounds is lower than that of other semiconductors. This problem is caused by the thermodynamic instability of InGaN and AlN mixed crystals and the good quality of crystals. This proposal includes (1) crystal growth conditions,(2) lattice integration,(3) lattice unconformity, and (4) high quality crystal growth of InGaN and AlGaN on a substrate. In this study, the first and second general methods were used to test the growth of MgAl_2O_4 substrate by PLD method. Mg vapor deposition, surface heating, surface treatment, atomic deposition, surface flattening, surface heating Non-equilibrium growth conditions on flat substrates are realized by PLD method, GaN crystals are grown at normal crystallization growth temperatures, surface temperatures are reduced, and flat surfaces are maintained for high quality GaN. The growth temperature of GaN is lower than room temperature, and the growth of GaN is possible. In this study, we successfully developed a technique for the crystal growth of group III compounds with high thermal conductivity, high reflectivity and high quality crystals on W substrates.

项目成果

Room-Temperature Epitaxial Growth of GaN on Atomically Flat MgAl2O4 Substrates by Pulsed-Laser Deposition

• DOI: 10.1143/jjap.45.l457
• 发表时间: 2006-04
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Guoqiang Li;J. Ohta;K. Okamoto;A. Kobayashi;H. Fujioka

Room-temperature epitaxial growth of AlN on atomically flat MgA1204 substrates

AlN 在原子级平坦 MgA1204 基底上的室温外延生长

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letters 89
• 作者: Matsuura A;Kakigi T;Sato Y;Fujii K;Mitani N;Li JY;Oshima A;Washio M;G.Li;G.Li
• 通讯作者: G.Li

Growth temperature dependence of structural properties for single crystalline GaN films on MgA12O4 substrates by pulsed laser deposition

通过脉冲激光沉积在 MgAl2O4 基底上生长单晶 GaN 薄膜的结构特性的温度依赖性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Semicond. Sci. Technol. 21
• 作者: Matsuura A;Kakigi T;Sato Y;Fujii K;Mitani N;Li JY;Oshima A;Washio M;G.Li;G.Li;G.Li
• 通讯作者: G.Li