AlN中間層を用いたハイドライド気相成長法によるサファイア基板上AlN厚膜成長

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現在、窒化物系発光デバイスの発光効率低下の原因となる自発、圧電分極の影響を回避するために、非極性面を用いたデバイスの研究が進んでいる。AlGaN系深紫外発光素子用の基板材料としては、紫外光透過性に優れ格子定数差が小さいことからAlN基板が最適であるとされているが非極性面AlN基板の報告例は少ない。本研究では非極性面AlN基板作製に向けたAlN HVPE成長について検討を行った。初期墓板にはr面サファイア基板を用い、無極性a面AlN成長を試みた。その結果、成長前段階においてr面サファイア基板表面がキャリアガスと反応することがa面AlN成長の選択性を阻害する原因となっていることを明らかとした。また、この基板とキャリアガスとの反応を抑制することで単結晶無極性a面AlN成長に成功し、無極性AlN自立基板作製のために重要な知見が得られた。また、これまでにサファイア基板上に成長したAlN厚膜の分離手法としてc面サファイア基板上に成長したc面AlN厚膜においては、AlN/sapphire界面に形成するボイドを利用することで自発的に分離することを見出し、自立基板化に成功している。しかし、他の面のサファイア基板においてこの手法が適用可能かどうかについては未解明であった。そこで非極性AlN自立基板作製のために界面ボイドを利用することが可能かどうかを検討するため、まずa面サファイア基板を用いて、c面サファイア基板と同様に界面ボイド形成が可能かどうか調査した。a面サファイア基板上においてはc面AlN成長が可能であり、c面サファイア基板を用いた場合と同等の結晶性を有するAlN厚膜が得られることを確認した後に、界面にボイドが形成することについても確認した。この結果より、界面ボイドを用いたAlN厚膜の自発分離手法がc面以外のサファイア基板を用いた場合においても可能であることが示唆された。本研究の成果はHVPE法による非極性AlN自立基板作製のために非常に有用な知見を含んでおり、大きな進展が得られた。