Investigation of Initial Oxide Growth on GaN Epitaxial Films

GaNエピタキシャル膜上の初期酸化物成長の研究

山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 野崎 幹人*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆 ; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Yamada, Takahiro*; Ito, Joyo*; Asahara, Ryohei*; Nozaki, Mikito*; Nakazawa, Satoshi*; Ishida, Masahiro*; Ueda, Tetsuzo*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

GaNは、次世代パワーデバイス材料として期待されている。本研究では、GaNの熱酸化による酸化物形成過程を放射光光電子分光および原子間力顕微鏡(AFM)により評価した。シリコン(111)上にn-GaN層をエピタキシャル成長した基板をHCl溶液により洗浄した後、大気圧のO雰囲気下において700-900度の処理温度で30分間熱酸化した。これらの試料をSPring-8 BL23SUの表面化学反応解析装置に導入し、室温でGa 3d, O 1s, N 1sスペクトルを取得した。なお、GaN基板ピーク(20eV)により、結合エネルギーの較正、ピーク強度の規格化を行った。700度で熱酸化した試料では、HCl洗浄後の試料と比べてO 1s/N 1s強度比がわずかに増加しており、GaN表面が酸化されていることがわかった。しかし、酸化温度を800度と高温にしてもO 1s/N 1s強度比の変化は確認されなかったが、AFM観察からは欠陥と思われる位置で粒状の酸化物で形成されていることがわかった。一方、800度以上の熱酸化では、欠陥からの優先的な酸化物の形成によりO 1s/N 1s強度比が著しく増加すると共に、表面ラフネスも増大しており、酸化反応が急激に進行したことがわかった。

Initial oxide growth on GaN epitaxial films by thermal oxidation in dry O ambient was investigated by means of synchrotron radiation X-ray photoemission spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). High-resolution SR-PES analysis showed that the intensity ratio of O 1s/N 1s core-level peaks for the sample oxidized at 700 degrees is slightly higher than that for the sample after HCl wet-cleaning, indicating that GaN surface is oxidized. However, the O 1s/N 1s intensity ratio was nearly identical with increasing temperature up to 800 degrees and AFM observation revealed the preferential formation of small grains at the dark pits. On the other hand, the O 1s/N 1s intensity ratio drastically increased with further increasing temperature higher than 800 degrees, indicating significantly enhanced oxide formation on GaN surface.