权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

成長初期過程に着目した炭化珪素基板上III族窒化物成長層の貫通転位低減

减少碳化硅衬底上 III 族氮化物生长层中的穿透位错，重点关注初始生长过程

基本信息

批准号：
09J05229
负责人：
奥村宏典
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

無線通信の大容量化や高速化に伴い、次世代の高周波パワーデバイスとしてSic基板上GaN系高電子移動度トランジスタ(HEMT)が着目されている。しかし、GaN層に存在する10"9cm^-2程度の貫通転位がGaN-HEMTの信頼性を脅かしているため、高品質GaN成長方法の確立がGaN-HEMT普及の鍵となる。本研究の目的は、SiC基板上GaN層の高品質化である。SiC基板上高品質GaN成長の方法として、AlN緩衝層の高品質化に取り組んできた。申請者らは、AIN/sic界面に着目した、6H-SiC(0001)基板上AlN成長層の高品質化を目指してきた。これまで、初期成長制御を行うことで、成長第一層目からのlayer-by-layer成長を実現し、貫通転位密度を4x10^8cm^-2まで低減することに成功した。"AlN層上にGaN成長を行う場合、AlNとGaNの大きな格子定数差(2.5%)による新たなミスフィット転位の発生が問題となる。そこで、申請者らは、高品質AINテンプレートを活かしたGaN層の高品質化に向けて、AlN/GaN-graded層の挿入を提案してきた。本年度は、AlN/GaN-graded層におけるミスフィット転位の制御に必要な歪みの知見を得るため、SiC上AlN層およびAlN上GaN層の臨界膜厚について詳細に調べた。RSM測定では、AlN層の膜厚700nmまではAlN(11-24)層とSiC(11-2 12)基板のa軸格子定数が一致しており、SiC基板にコヒーレントに成長していることを示唆する。膜厚900nmから格子緩和し始め、1000nmではAIN(11-24)層のピーク位置がバルクAIN(11-24)の位置に接近していた。2θ/ωスキャンにより求めたc軸格子定数、ラマン分光により求めたE2Hのピーク位置、およびカソードルミネッセンスのバンド端近傍のピーク位置全てにおいて、膜厚900nmから緩和していることを示唆していた。これらの結果から、SiC上AlN層の臨界膜厚は、700～900nmの間にあると言える。一方、成長温度が650℃でも、貫通転位密度が10^10cm^-2以上存在する場合は、臨界膜厚が100nm程度であり、成長温度が950℃で貫通転位密度が10^10cm^-2以上存在する場合は、臨界膜厚が15nmであった。したがって、臨界膜厚が700nm以上になる原因として、低い成長温度により貫通転位がグライドし難い、小さい貫通転位密度により十分に歪みエネルギを解放できない、ことが挙げられる。また、成長開始直後からlayer-by-layer成長していることも臨界膜厚が増大した原因と考えられる。

The high capacity and high speed of wireless communication are accompanied by the next generation of high frequency communication technology. GaN-based high electron mobility technology (HEMT) on SiC substrate is becoming more and more important. The existence of GaN layer at a penetration level of 10"9 cm ^-2 threatens the reliability of GaN-HEMT, and the establishment of high-quality GaN growth method is the key to the popularization of GaN-HEMT. The purpose of this study is to improve the quality of GaN layer on SiC substrate. Methods for High-quality GaN Growth on SiC Substrates, Selection of High-quality AlN Buffer Layers The applicant pointed out that AlN/SiC interface should be focused on, and AlN growth layer on 6H-SiC (0001) substrate should be high-quality. The first layer of growth was achieved, the penetration density was 4x10^8cm^-2, and the reduction was successful. "When GaN grows on AlN layer, AlN and GaN have a large lattice size difference (2.5%), which causes problems in the occurrence of new GaN sites." In addition, the applicant proposed a high-quality AlN layer and a high-quality GaN layer. This year, AlN/GaN-graded layers were carefully tuned for the critical film thickness of AlN on SiC and GaN on AlN. RSM measurement shows that the AlN layer thickness of 700nm is consistent with the a-axis lattice number of SiC(11 - 212) substrate and AlN(11-24) layer. The film thickness is 900nm, the lattice is relaxed, and the position of AIN(11-24) layer is close to that of AIN(11 - 24) layer at 1000nm. 2θ/ω = The critical film thickness of AlN layer on SiC is between 700 nm and 900nm. If the growth temperature is 650℃, the penetration site density is 10^10cm^-2 or more, the critical film thickness is 100nm or more, if the growth temperature is 950℃, the penetration site density is 10^10cm^-2 or more, the critical film thickness is 15nm or more. The reason why the critical film thickness is more than 700nm is that the growth temperature is low, the penetration position is low, the penetration position density is small, and the film thickness is very high. The reason why the critical film thickness increases after the growth begins is discussed.