EBSD法によるAlGaN／GaNヘテロ構造の深さ方向歪み解析

摘要

GaN系トランジスタの低コスト化を実現するために、従来の高価なSiC基板に代わる大口径Si基板上の結晶成長が検討されている。これまでは、GaNとSiとの格子定数と熱膨張係数のミスマッチによりGaNに発生するクラックが大きな課題であったが、AlN／GaN多層構造を導入し膜中のストレスを緩和することで高品質かつ厚膜のGaNをSi基板上に結晶成長することに成功している。Si基板上においてGaNの結晶性をさらに向上させるためには膜中の結晶歪みを制御することが極めて重要であり、そのためには、まず膜中歪みの局所分布を正確に評価する技術を確立することが必要不可欠である。しかしながら、従来のX線回折法やラマン分光法は、空間分解能が1μm程度と低いため、局所歪み分布の評価が困難であった。そこで、多層膜の役割を調べるために、我々は100nm以下の高空間分解能を有するEBSD（electron backscatter diffraction）法を用いて多層膜の有無によるGaN膜の歪みの違いを評価した。その結果、多層膜上のGaN膜には、特に多層膜との界面付近に圧縮歪みが存在していることを明らかにした。この圧縮歪みがクラックを抑制し、クラックフリーのGaN厚膜成長を可能にしていると考えられる。%Electron backscatter diffraction (EBSD) technique has been applied to the strain distribution measurements for GaN based heterostructures for the first time. From the results for the simple AlGaN/GaN structures on GaN substrates, it was confirmed that this method has high spatial resolution of about 80nm and gives quantitatively reasonable strain values. The EBSD technique was then applied to the heterostructures grown on Si substrates to study the role of an AlN/GaN multilayer prior to the growth of a thick GaN layer. It was clarified that there exists a compressive strain in the GaN layer, especially near the interface to the AIN/GaN multilayer. This compressive strain will be relevant to the suppression of the crack generation in the thick GaN layer.