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金属バッファ層上でのGaN半導体の結晶成長-遷移金属窒化物に着目して-

金属缓冲层上 GaN 半导体的晶体生长 - 关注过渡金属氮化物 -

基本信息

批准号：
17760568
负责人：
伊藤和博
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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

项目摘要

現状の汎用青色LEDは、サファイア基板上に成膜したGaN系半導体で作製されている。サファイア基板上に連続かつ平坦なGaNをヘテロエピタキシャル成長させるには、AINバッファ層の開発が欠かせなかった。しかし、サファイアとAINは絶縁体であるため、複雑な横型LED構造を取らざるを得ない。より高輝度なLEDを作製するには、簡単な縦型LED構造にすることがひとつの方策である。縦型LED構造には、導電性の基板とバッファ層が必要であり、本研究では、その第一歩として導電性バッファ層の開発を試みた。昨年度は、導電性バッファ層として遷移金属窒化物に着目し、その中でもTiN膜上ではGaN膜が連続、平坦に成長することを報告した。連続で平坦なGaN膜の成膜には、TiNバッファ層成膜条件として、1)2軸配向性((111)面配向+面内配向)、2)窒素濃度を化学量論組成より増加させること、3)結晶粒を微細化させることが重要であることを報告した。本年度は、高品質なGaN膜成膜に及ぼす基板温度の低減とTiN膜厚の低減の影響を調べた。その結果、基板温度の低減とTiN膜厚の低減は、 TiN結晶粒の微細化に有効であり、微細化によりGaN膜の平坦性が向上することを見出した。基板温度が室温でTiN膜厚が5nmのときに最も平坦なGaN膜が得られた。その表面平坦性は約10nm以下であった。この条件で、TiN膜の結晶粒は最も微細とあった。このTiNバッファ層上では、GaN初期成長時のGaN島密度が最大となり、その後の平坦なGaN層状成長へと移行した。つまり、TiN膜の粒界が核生成サイトとなり、平坦なGaN膜成膜にはGaN核生成頻度の増加が必須であることを実証した。TiN膜厚を5nmより薄くすると、 TiN結晶粒は5nm厚のときより微細化せず、GaN島の成長は横方向より縦方向が優先的となり、GaN膜表面には多数の溝と穴が形成した。5nm厚より薄いTiN膜では、バッファ層としての効果が低減されてきたのも高品質なGaN膜が得られない一因と考えられる。

The present situation of green LED is that the film is formed on the substrate and the GaN-based semiconductor is manufactured. A thin layer of GaN is formed on the substrate and a thin layer of AlN is formed. The structure of horizontal LED can be divided into two parts: one part is vertical LED, the other part is horizontal LED. High brightness LED design and construction This study is the first step in the development of conductive LED layers. The growth of GaN film on TiN film was reported last year. For the film formation of a flat GaN film, we report on the film formation conditions of the TiN layer, 1) the biaxial alignment ((111) plane alignment + in-plane alignment), 2) the increase in the stoichiometric composition of the dopant concentration, and 3) the importance of refining the crystal grains. This year, the influence of high quality GaN film formation and substrate temperature reduction and TiN film thickness reduction was adjusted. As a result, the decrease in substrate temperature, the decrease in TiN film thickness, and the refinement of TiN crystal particles have been observed. The substrate temperature varies from room temperature to TiN film thickness of 5nm, and the most flat GaN film is obtained. Surface flatness is about 10nm or less. In this case, the TiN film crystal grain is the most fine. GaN island density is maximum at the initial stage of GaN growth, and then the GaN layer grows smoothly. It is necessary to increase the frequency of GaN nucleation in the formation of TiN film. TiN film thickness is 5nm, TiN crystal grains are 5nm thick, GaN island growth direction is preferred, and most trenches are formed on the surface of GaN film. 5nm thick thin TiN film, thin TiN film