c面GAN上へのエピタキシャルAlInN膜の成長ならびにその混晶組成と微細構造の関係

摘要

可視GaN系LDのクラッド層としての応用を目指し、有機金属気相成長法（MOCVD）を用いて、サファイア基板上のc面GaN上に、InNモル分率0.114～0.197の範囲で厚さ約300nmのAlInN膜を成長させ、その格子歪みや表面平坦性、膜の微細構造について調査を行った。その結果、InNモル分率が0.114～0.197のAlInN膜では、格子緩和が起こらず、InNモル分率が低い膜においては比較的平坦な表面が得られた。しかし、InNモル分率が面内格子整合の組成境界を超えると、表面状態は粒状化し自乗平均面粗さ（RMS）は急激に増加した。断面TEM観察の結果、粒状化したモフォロジーはAlInN膜が柱状多結晶化していることに起因していることが確認された。さらにこれらの結果を踏まえ、厚さ約300nmのAlInN膜をc面自立GaN基板上へ成長した。その結果、自立GaNにほぼ格子整合し、RMS値が約0.5nmとなる非常に平坦な膜が実現された。合わせて、自立GaN上でもInNモル分率の高い膜はサファイア上と同じく表面が粒状化する様子が確認された。一方で、InNモル分率が低いAlInN膜ではサファイア上と異なり、ひびが入ったような表面モフォロジーが観測された。これらのひびは、面内引張歪みを緩和させるために発生すると考えられる。