ヘテロ界面制御によるZnO基板上への高品質GaNの低温成長

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本研究の目的は、(a)ZnO基板上の窒化物半導体成長のための新しいバッファー層技術を開発しGaN/ZnO界面反応と相互拡散の抑制を可能にすること、(b)サーフアクタントMBEによって高品質GaN膜の成長技術を開発すること、(c)ZnO基板上に、800℃以下の基板温度での高品質GaN膜(X線ロッキングカーブ半値幅((0002)ω-scanの半値幅で300 arcsec以下)の成長技術を開発することである。その中で、ZnO基板とGaN薄膜のヘテロ界面反応の抑制にふさわしいバッファー層として、ZnOとGaNより小さな格子定数、高い凝集エネルギーを持つために高い熱的安定性を有するAIN層をin-situ観察が可能な窒素プラズマ援用MBEを利用して成長させ、成長条件を最適化することを今年の研究目標とした。A1フラックス、N_2流量率、RFパワー及び基板温度を変化させながらAINバッファー層を成長し、その成長過程を反射高速電子線回折(RHEED)でその場観察し、成長したバッファー層の表面モフォロジーを原子間力顕微鏡(AFM)で評価し、結晶性と結晶構造を高分解能X線回折(HR-XRD)を利用して決定し、最適な成長条件を探索した。さらにZnO基板とバッファー層とのヘテロ界面反応の程度と結晶性の関係を分析するために二次イオン質量分析(SIMS)、X線光電子分光(XPS)などで評価を行った。その結果、ZnO基板上のGaN成長において、最適成長条件で成長させたAIN層は、相互拡散による結晶性低下を抑止するためのバッファー層として非常に有効であることを見いだした。