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導電性基板上でのGaN半導体成膜のための金属バッファ層の開発

开发用于导电衬底上 GaN 半导体沉积的金属缓冲层

基本信息

批准号：
20656112
负责人：
伊藤和博
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656112/
关键词：
GaN 金属バッファ導電性基板酸溶解金属バッファ層

项目摘要

青色LEDの電力効率を改善するには、現状の横型構造から縦型構造に変える必要がある。横型構造を強いられる原因は、絶縁性のサファイア基板とAlNバッファ層上でしかデバイスに必要な特性を持つGaN層が成長できないためである。本研究の目的は、GaN成長に必要な導電性基板とバッファ層を開発することである。導電性基板として安価なSiを、金属バッファ層としてこれまで知見のあるTiNを用い、最適プロセス条件の探索とその機構の理解を検討した。BHFにより水素終端化したn型Si(111)基板の上に、反応性スパッタ法を用いてTiN膜を成膜した。成膜前の基板上にプラズマダメージなどによる数nm厚の酸化膜が形成されない条件を水滴接触角測定とXPSにより確認した後、成膜雰囲気、基板温度、ターゲットに与える運動エネルギーを変化させ、TiNバッファ層を成膜した。その後、TiNバッファ層上にMOCVD法によりGaNを成膜した。GaNの成膜は、(1)約1100℃の高温で、(2)TiNバッファ層上に約500℃の低温で数十nmのGaN層を成膜後(低温GaN層)(1)と同条件で、の二種類の成膜条件で検討した。得られた試料について、XRDを用いたTiN及びGaN膜の2軸配向性の分析及びSEMを用いたGaN膜の表面観察を行った。サファイア基板のみを用いた時のように、(1)の条件ではGaN層が成長しなかった。(2)の条件では、最適化したTiNバッファ層の成膜条件においてGaNの成膜に成功した。得られたSi/TiN/GaN試料に対してXRD分析を行った結果、2軸配向したGaN膜が得られた。Si基板、TiNバッファ層、GaN膜の方位関係は(111)[110]Si//(111)[110]TiN//(0001)[1120]GaNであった。しかし、SEMによる表面観察ではGaN膜の表面は平坦ではなく、大小のGaN島からなる三次元成長の様子を示していた。この原因の一つとして、TiNバッファ層の(111)回折ピークの半値幅が約2.5°と、サファイア基板上のもの(約0.5°)より悪いことが考えられる。Si基板上でのTiNバッファ層の配向性向上には、成膜時の基板温度をより高くする必要がある(スパッタ装置の改良が必須)。

The power efficiency of cyan LED is improved. The reason why the lateral structure is strong is that the insulating substrate and AlN layer have the necessary characteristics to maintain the growth of GaN layer. The purpose of this study is to develop conductive substrates and layers necessary for GaN growth. To explore the mechanism of the conductive substrate and the metal layer. BHF is used to form TiN films on n-type Si(111) substrates by chemical termination and reverse oxidation methods. Before the film formation, the acid film with thickness of several nm was formed on the substrate under the following conditions: water drop contact angle measurement, XPS confirmation, film formation temperature, substrate temperature, water drop contact angle measurement, TiN film formation. GaN film formation by MOCVD on TiN layer GaN film formation is (1) at a high temperature of about 1100.d egree. C.,(2) after GaN film formation at a low temperature of about 500.d egree. C. on the TiN layer (low-temperature GaN layer),(1) under the same conditions, and under two kinds of film formation conditions. Analysis of 2-axis alignment of TiN and GaN films by XRD and surface observation of GaN films by SEM were performed. The GaN layer is grown under the following conditions: (2)The film formation conditions of TiN layer were optimized and GaN film was successfully formed. The Si/TiN/GaN samples were analyzed by XRD, and the GaN films with 2-axis alignment were obtained. The orientation relationship between Si substrate, TiN layer and GaN film is (111)[110]Si//(111)[110]TiN//(0001)[1120]GaN. The surface of GaN film is flat and the size of GaN islands is three-dimensional. The reason for this is that the TiN layer (111) has a half-width of about 2.5°, and the TiN layer (111) has a half-width of about 0.5°. The orientation of TiN film layer on Si substrate is upward, and the substrate temperature during film formation is high.