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。

随着无线通信的能力和速度的提高，SIC基板上的基于GAN的高电子移动晶体管（HEMTS）正在集中作为下一代高频功率设备。但是，由于gan层中存在约10英寸9cm^-2的螺纹位置威胁到甘赫姆特的可靠性，因此建立高质量的甘恩生长方法是甘赫姆特传播的关键。这项研究的目的是提高gan层的质量，以提高对sic sib sistres的质量的质量。层。由于ALN和GAN之间的较大晶格常数差异（2.5％）引起的新不合适的位错是一个问题。因此，申请人提出了插入ALN/GAN级别层的插入，以通过使用高质量的AIN模板来提高GAN层的质量。在今年，我们详细研究了ALN层上SIC和GAN层上Aln层的临界膜厚度，以了解控制ALN/GAN级层中的不合适脱位所需的应变。 RSM测量结果表明，ALN（11-24）层的A轴晶格常数和SIC（11-212）底物是一致的，直至达到700 nm的Aln层厚度，这表明它们是在SIC底物上相干生长的。晶格松弛始于900 nm的膜厚度，在1000 nm处，AIN（11-24）层的峰位置接近AIN（11-24）。这表明，在所有C轴晶格常数下，通过2θ/ω扫描，通过拉曼光谱确定的E2H峰位置以及在降压发光的带边缘附近确定的E2H峰位置，从900 nm放松膜厚度。从这些结果可以说，SIC上Aln层的临界厚度在700至900 nm之间。另一方面，即使在650°C的生长温度下，当螺纹位错密度在10^10cm^-2或更多时，临界膜厚度约为100 nm，并且生长温度为950°C，当螺纹脱位密度为10^10cm^-2或更多时，关键膜的厚度为15 nm。因此，临界膜厚度为700 nm或更多的原因是，低生长温度使螺纹位错难以滑动，而小的螺纹位错密度无法充分释放应变能。此外，逐层生长也被认为是临界膜厚度增加的原因。