高周波スパッター法による窒化サファイア基板上の高品質窒化アルミニウム厚膜結晶成長

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窒化アルミニウム(AlN)は,6.2eVと広いバンドギャップを有し,また,GaNやAlGaNと格子定数や熱膨張係数が近いため,深紫外発光素子として期待されるAlGaN系LEDの理想的な基板材料として注目されている.AlNは高温で安定でかつ音速が速いため,SAWデバイスやハイパワー電子デバイスとしても期待される材料である.このように,高品質単結晶AlNの厚膜成長は,工学上重要な研究課題である.本研究では,サファイア窒化法によって得られた高品質AlN薄膜をテンプレートにして,反応性スパッター法によって1μmの厚膜AlNの成長を試みた.以下にその概要について説明する.a面サファイアを窒化して得られたc軸配向AlN薄膜をテンプレートにして,高周波スパッター法によってAlN膜を成長させる.ターゲット材料はAl(99.999%,直径10cm)を用いた.テンプレート基板は,アセトンとエタノールで超音波洗浄した後,基板温度300℃,スパッター圧力1.33Pa,高周波出力500W,ガス組成(アルゴン60%-窒素40%)の条件で2時間の蒸着を行った.作製したAlN膜の結晶品質と配向性は,X線回折(XRD)によって評価した.AlN結晶の断面微細構造は,高分解能電子顕微鏡像(HRTEM,400kV)を用いて観察した.窒化AlN膜とAlN厚膜の界面のHRTEM像から,窒化AlN膜は5-10nmの高品質結晶であり,スパッター法により成長したAlN膜は,界面近傍では,多結晶を呈しており,厚くなるにつれて柱状組織となることが分かった.本研究によって,高品質窒化AlN膜をテンプレートにすると,300℃という低温のスパッター法でも高品質なc軸配向AlN厚膜を得ることができることが分かった.今後,結晶品質をより向上させるための高温アニールなどを試し,柱状結晶組織の変化を観察したい