学位の種別: 課程博士審査委員会委員 : (主査)東京大学教授 中野 義昭, 東京大学教授 岡田 至崇, 東京大学准教授 野口 祐二, 東京大学准教授 杉山 正和, 東京大学准教授 種村 拓夫University of Tokyo(東京大学

Wang Hongbo

王 宏波

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審査の結果の要旨 
 
論文提出者 王 宏波 
 
本 論 文 は "Reduction of dislocations in gallium nitride grown by metal 
organic vapor phase epitaxy using novel seed layers and controlled nucleation 
(新規シード層と核発生制御による有機金属気相成長 GaNの転位低減) "と題し，物理気
相堆積法(PVD)による窒化アルミニウム(AlN)を核形成層とし，初期成長過程を制御す
ることにより，サファイア基板，シリコン基板，およびパターン形成サファイア基板
上に高品質な窒化ガリウム(GaN)成長を可能にした研究成果について英文で纏めたもの
で，8章より構成されている． 
第 1 章は序論であって，研究の背景，動機，目的と，論文の構成が述べられている． 
第 2 章は"GaN epitaxy in MOVPE"と題し，有機金属気相エピタキシー(MOVPE)による
GaN 成長の現状が述べられている．まずサファイア上の高温 GaN 成長に用いられる二段
階成長法について論じた後，GaN 中に生じる転位，それがデバイスに与える影響，転位
密度同定に用いる X 線回折技術，転位低減法について，主にこれまでの知見が整理さ
れている．  
第 3 章は"GaN deposition on LT GaN and LT AlN in MOVPE"と題し，核形成層とし
ての MOVPE 低温成長 GaN と MOVPE 低温成長 AlN の比較検討を行っている．低温 GaN 層
の最適化を行った後，同層上の高温 GaN 初期成長過程を論じ，次に最適化された初期
成長層上に厚い GaN を成長したことについて論じている．さらにサファイア基板上に
MOVPE低温 AlN層を形成し，その上に高温 GaN成長を行ったことについて述べている．
最後に低温 AlN と高温 AlN を重ねた二重核形成層上の GaN 成長を行った結果を示して
いる．  
第 4 章は"GaN deposition on 40 nm PVD AlN nucleation layer"と題し，本論文で
中核となる，成長炉外で PVD により形成した AlN を核形成層として用いることについ
て論じている．初期に発生する島上核の密度と，その上に成長される GaN 層の刃状転
移密度が相関していること，さらに核同士が融合する前の 3 次元成長時間を長くする
ことが刃状転移の低減に結びついていることを明らかにしている．これらの知見に基
づき成長を最適化した結果，1.4x108 cm-2 程という低い転位密度を得ることに成功して
いる．これは，従来手法による値の約 1/2である． 
第 5 章は"GaN deposition on PVD AlN on Si"と題し，サファイアに代えてシリコン
を基板とした場合の，PVD AlN 核形成層の効果について論じている．サファイア基板上
で用いたのと同じ手法を適用することによって，3.1x108 cm-2 という低い転位密度が得
られることを示している．この値は，パターン基板を使わないで得られるこれまでの
転位密度最小値に比べて約 1/3である． 
第 6 章は"GaN deposition on PVD AlN seed layer"と題し，前章までに観測された
PVD AlN核形成層による刃状転位の低減について，そのメカニズムを論じている．  
第 7 章は"GaN growth on PVD AlN on patterned sapphire substrate"と題し，パタ
ーンを形成したサファイア基板上に PVD AlN 下地層を設け，GaN 成長を行った実験結果
について述べている．この場合，前章までに見られたような初期成長と 3 次元成長時
間がその後の高温 GaN 成長に与える影響は，必ずしも明瞭に見られていない．ここで
は，転位密度として，1.5x108 cm-2程度の値が得られている． 
第 8 章は結論であって，得られた成果を総括するとともに，さらなる改善の方向性
を示している． 
以上のように本論文は，有機金属気相エピタキシーによる窒化ガリウム成長におい
て，物理気相堆積窒化アルミニウムを核形成層として用い，初期成長過程を最適に制
御することで，サファイア基板，シリコン基板，及びパターン形成サファイア基板の
それぞれにおいて，高品質な結晶成長が可能であることを示し，世界最小レベルの転
位密度を実証した．同時に窒化アルミニウム核形成層自体の転位と表面モフォロジー
が窒化ガリウム成長層に与える影響を明らかにしたもので，半導体材料工学への貢献
が少なくない．よって本論文は博士（工学）の学位請求論文として合格と認められる． 


新規シード層と核発生制御による有機金属気相成長GaNの転位低減

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新規シード層と核発生制御による有機金属気相成長GaNの転位低減

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