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

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。

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。