点欠陥制御による非輻射再結合中心の抑制と低抵抗p型AlGaNの実現

通过点缺陷控制抑制非辐射复合中心并实现低电阻p型AlGaN

• 批准号: 21J15559
• 负责人: 赤池 良太
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15559/
• 关键词: 半極性; AlGaN; 有機金属気相成長法; 有機金属気相成長

深紫外LEDは従来の深紫外光源である水銀ランプ等を置き換えることが期待される。また、波長230 nm以下のfar-UVC光は殺ウイルス作用があるが人体には無害ということが近年知られてきた。一方、AlGaN系深紫外LEDの効率は短波長になるにつれ低下し、波長230 nmでは外部量子効率は1%にも達していない。そこで本研究では、これら波長域での高効率な深紫外LEDの高効率化を目的としている。その方法として、半極性r面の利用が考えられる。これまでr面AlGaNにおいて、低ピット密度の平坦な表面を得るには高圧成長を行うことが必要だった。一方、高圧成長では原料ガスが基板に到達するまえに消費され、原料利用効率が悪化するという産業上見過ごせない課題を有している。そこで、産業応用を見据えて低圧(~38 Torr)下において、有機金属気相成長法にて成長条件の精査を行った。その結果、低圧下であっても、N元素源であるアンモニア流量を調節することで低ピット密度かつ表面平坦粗さのRMS値が1 nmを切る平坦なr面AlGaNが得られた。また、フォトルミネッセンス(PL)測定より、現在利用されている面であるc面上のAlGaN/AlN量子井戸と半極性r面上のそれの弱励起条件下における内部量子効率が、波長~225 nmにおいてc面上は1.6 %であるのに対し、r面上は5.4 %と3.5倍に向上することが分かった。時間分解PLも組み合わせると、その理由は輻射再結合確率がr面ではおよそ2倍に向上すること、非輻射再結合中心の密度がr面では低減されているためだと分かった。また、半極性面では成長方向の分極が小さいため、分極ドーピングによってp型層を得ることは不可能だと考えられていたが、r面のようにc面からのなす角度がほどほどの角度であれば半極性面であっても分極ドーピングが可能であることを理論的に示した。

Deep ultraviolet LED 従 従 to deep ultraviolet light source である mercury ラ プ プ and other を are replaced by を える える とが とが to expect される. ま た, below 230 nm wavelength の far - は UVC light kill ウ イ ル ス role が あ る が human に は harmless と い う こ と が known in recent years ら れ て き た. Side, AlGaN deep uv LED の sharper rate は shorter-wavelength に な る に つ れ し, wavelength of 230 nm で は external quantum unseen は 1% に も da し て い な い. そ こ で this study で は, こ れ ら wavelength domain で の high working rate な deep uv LED の high rate of unseen を purpose と し て い る. The そ <s:1> method と て て, and the semi-polar r-plane <s:1> uses が to test えられる. こ れ ま で r surface AlGaN に お い て, low ピ ッ ト density の を な flat surfaces る に は high 圧 growth line を う こ と が necessary だ っ た. Side, high 圧 growth で は materials ガ ス が substrate に reach す る ま え に consumption さ れ, raw material use rate of unseen が 悪 change す る と い seen ご う possessions せ な い subject を have し て い る. See そ こ で, industry 応 を according to え て low 圧 (~ 38 Torr) under に お い て, organic metal 気 each other n に の fine line check を っ て growth conditions た. そ の results, lower 圧 で あ っ て も, N element source で あ る ア ン モ ニ を ア flow regulating す る こ と で low ピ ッ ト density か つ flat surface coarse さ の 1 nm RMS numerical が を る cutting flat な r surface AlGaN が must ら れ た. ま た, フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス (PL) よ り, now use さ れ て い る surface で あ る c surface の AlGaN/AlN quantum well opens と half r surface polarity の そ れ の weak wound up conditions に お け る internal quantum が working rate, ~ 225 nm wavelength に お い て は 1.6% c surface で あ る の に し seaborne は 5.4, r %と3.5 times に up する とが とが points った った. Time breakdown PL も group み close わ せ る と, そ の reason は radiation combined with probabilistic が r surface で は お よ そ 2 times に upward す る こ と, the density of the radiation recombination center の が r surface で は low cut さ れ て い る た め だ と points か っ た. ま た, half surface polarity で は growth direction の points very small が さ い た め, extremely ド ー ピ ン グ に よ っ て p type have を る こ と は impossible だ と exam え ら れ て い た が, r の よ う に c surface か ら の な す Angle が ほ ど ほ ど の Angle で あ れ ば half surface polarity で あ っ て も points very ド ー ピ ン グ が may で あ る こ と に を theory in し た.

项目成果

低圧下での平坦な半極性r面AlGaN薄膜のMOVPE成長

低压下平面半极性r面AlGaN薄膜的MOVPE生长

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki Kanda;Hisato Iwata;赤池良太，船戸充，川上養一
• 通讯作者: 赤池良太，船戸充，川上養一

far-UVC領域で発光する半極性r面AlGaN/AlNの時間分解PL測定による解析

使用时间分辨 PL 测量分析远 UVC 区域中发光的半极性 r 平面 AlGaN/AlN

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhang Youyue;Yoshino Takashi;Osako Masahiro.;Miyuki Iwasaki Katsuyuki T. Yamato John L. Bowman Takayuki Kohchi et al;赤池良太，船戸充，川上養一
• 通讯作者: 赤池良太，船戸充，川上養一

半極性面AlGaN量子井戸からの波長250 nm以下での高効率発光

半极面 AlGaN 量子阱在波长低于 250 nm 时实现高效发光

• 发表时间: 2022
• 作者: 堀尾侑加;七里元督;伊勢川裕二;赤池良太，船戸充，川上養一
• 通讯作者: 赤池良太，船戸充，川上養一

Efficient far-UVC emissions from semipolar r-plane AlGaN/AlN QWs

半极性 r 平面 AlGaN/AlN 量子阱的高效远 UVC 发射

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryota Akaike;Mitsuru Funato;and Yoichi Kawakami
• 通讯作者: and Yoichi Kawakami

Improved internal quantum efficiencies of far-UVC AlGaN/AlN quantum wells by the use of semipolar r-planes

通过使用半极性 r 平面提高远 UVC AlGaN/AlN 量子阱的内量子效率

• DOI: 10.1063/5.0142138
• 发表时间: 2023
• 期刊: Appl. Phys. Lett.
• 作者: R. Akaike;M. Funato;and Y. Kawakami
• 通讯作者: and Y. Kawakami