窒化アルミニウムガリウム超格子のコヒーレント成長機構解明とデバイス応用基礎

氮化铝镓超晶格共格生长机理阐明及器件应用基础

• 批准号: 14J07117
• 负责人: 金子 光顕
• 金额: $ 2.05万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07117/
• 关键词: 窒化物半導体; 結晶成長; 分子線エピタキシ法; X線回折; ミスフィット転位; コヒーレント成長; 炭化珪素; 格子緩和; 拡張欠陥; 散漫散乱; 短周期超格子; ラマン散乱; 透過型電子顕微鏡

オフ角が0.08°および0.25°のSiC基板上にAlN層を成長した。AlN(0002)対称面についてロッキングカーブ測定を行うと、どちらも横方向サテライトピークが観測されたが、ピーク間隔が異なることがわかった。このピーク間隔は、AlNの周期的な歪みを反映しており、その周期を求めると、ミスフィット転位の間隔を反映していることがわかった。このことから、基板のステップ間隔を変化させることにより、ミスフィット転位密度が異なるAlN層が成長できたと言える。成長したAlN層の歪みを求めると、オフ角が0.25°のAlN層は0.08°のAlN層より歪みがより緩和されていることがわかった。また、SiC基板のステップ密度からAlN中の歪み量を予測するモデルを構築し、今回得られた結果とよく整合することがわかった。これまで、ステップ高さ制御SiC基板上に（擬似的）コヒーレント成長可能な膜厚（臨界膜厚）は700 nm程度であると報告されているが、より歪みが緩和したAlN層であれば臨界膜厚はより大きいものになると予想される。そこで、これまでより大きなオフ角（0.32度）を有するSiC基板上に1 um厚のAlN層を成長した。AlN(0002)対称面のロッキングカーブ測定を行うと、横方向サテライトピークが観測され、そのピーク間隔はミスフィット転位の間隔を反映していた。非対称面の逆格子空間マッピング測定を行うと、AlNによるピークのqx座標がSiC基板によるピークのqx座標と一致しており、コヒーレント成長が実現できた。一般的なモデルにより導出されるSiC基板上AlN層の臨界膜厚は数十nm程度であり、1 umは非常に大きな膜厚である。ステップ端に導入されるミスフィット転位による歪みの緩和も考慮した臨界膜厚モデルを導出し、定性的にはこの大きな臨界膜厚を説明できることを明らかにした。

Youdaoplaceholder0 フ Angle が0.08°および0.25° <s:1> the にAlN layer on the SiC substrate を grows た た. AlN (0002) seaborne said surface に つ い て ロ ッ キ ン グ カ ー ブ measurement line を う と, ど ち ら も transverse direction サ テ ラ イ ト ピ ー ク が 観 measuring さ れ た が, ピ ー ク が between different な る こ と が わ か っ た. こ の ピ ー ク interval は, AlN の cycle な slanting み を reflect し て お り, そ の cycle を o め る と, ミ ス フ ィ ッ ト planning a の interval を reflect し て い る こ と が わ か っ た. こ の こ と か ら, substrate の ス テ ッ プ interval を variations change さ せ る こ と に よ り, ミ ス フ ィ ッ ト planning a density が different な る が AlN layer growth で き た と said え る. Growth し た AlN layer の slanting み を o め る と, オ フ 0.25 ° Angle が の AlN layer は 0.08 ° の AlN layer よ り slanting み が よ り ease さ れ て い る こ と が わ か っ た. ま た, SiC substrate の ス テ ッ プ density か ら AlN in の slanting を み quantity can be す る モ デ ル を constructing し, today back to ら れ た results と よ く integration す る こ と が わ か っ た. High こ れ ま で, ス テ ッ プ さ suppression SiC substrate に (quasi) コ ヒ ー レ ン ト growth may な film thickness (critical film thickness) は 700 nm level で あ る と report さ れ て い る が, よ り slanting み が ease し た AlN layer で あ れ ば critical film thickness は よ り big き い も の に な る と to think さ れ る. そ こ で, こ れ ま で よ り big き な オ フ Angle (0.32 degrees) を す る SiC substrate に 1 um thick の を AlN layer growth し た. AlN (0002) seaborne said surface の ロ ッ キ ン グ カ ー ブ measurement line を う と, transverse direction サ テ ラ イ ト ピ ー ク が 観 measuring さ れ, そ の ピ ー ク interval は ミ ス フ ィ ッ ト planning a の interval を reflect し て い た. The said surface seaborne の inverse lattice space マ ッ ピ ン グ line measurement を う と, AlN に よ る ピ ー ク の qx coordinates が SiC substrate に よ る ピ ー ク の qx coordinates と consistent し て お り, コ ヒ ー レ ン ト growth が be presently で き た. General な モ デ ル に よ り export さ れ る SiC substrate AlN layer の critical film thickness は tens of nm level で あ り, 1 um は very big に き な film thickness で あ る. ス テ ッ プ end に import さ れ る ミ ス フ ィ ッ ト planning a に よ る slanting み の ease も consider し た critical film thickness モ デ ル を export し, qualitative に は こ の big き な critical film thickness を illustrate で き る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

PAMBE法によるAlN/GaN多層構造における極薄GaN層の成長制御性に関する検討

PAMBE法研究AlN/GaN多层结构中超薄GaN层的生长可控性

• 发表时间: 2014
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

ステップ高さ制御SiC基板上AlN層の高分解能X線回折評価における界面局在ミスフィット転位に起因する横方向サテライトピーク

阶梯高度控制的 SiC 衬底上的 AlN 层的高分辨率 X 射线衍射评估中由于界面局部失配位错而产生的横向卫星峰

• 发表时间: 2016
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

PAMBE法によるAlNテンプレート層上極薄GaN層の成長

PAMBE法在AlN模板层上生长超薄GaN层

• 发表时间: 2015
• 作者: 金子光顕;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

Phonon frequencies of a highly strained AlN layer coherently grown on 6H-SiC (0001)

6H-SiC 上相干生长的高应变 AlN 层的声子频率 (0001)

• DOI: 10.1063/1.4974500
• 发表时间: 2017
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Mitsuaki Kaneko;Tsunenobu Kimoto;Jun Suda
• 通讯作者: Jun Suda

SiC(0001)基板上に成長した大きな圧縮歪みを内包するAlN薄膜の光学特性および格子振動数評価

SiC(0001)衬底上大压应变AlN薄膜的光学性能和晶格频率评估

• 发表时间: 2014
• 作者: 金子光顕;奥村宏典;石井良太;船戸充;川上養一;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳